Schlaue Roboter im Haushalt

Ein Roboter, der den Haushalt schmeißt: Noch ist das Zukunftsmusik. Forscherinnen und Forscher am Institut für Informatik arbeiten daran, diese Vision Wirklichkeit werden zu lassen – und entwerfen Methoden, die es Robotern ermöglichen, aus eigenen Erfahrungen zu lernen.
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Bild: Der humanoide Roboter „ARMAR IIIa“, der am Karlsruher Institut für Technologie entwickelt wurde. Er kommt im Rahmen des Xperience-Projekts zum Einsatz. (Fotonachweis: Karlsruher Institut für Technologie, SFB 588, Tamim Asfour)

Wer hätte nicht gerne einen Haushaltsroboter? Ein Team unter Prof. Justus Piater vom Institut für Informatik forscht genau daran: „Einen genauen Zeitplan zu nennen, wäre unseriös, aber ich gehe davon aus, dass ich das noch erlebe“, sagt Justus Piater. Die Innsbrucker sind an einem europaweiten Forschungsprojekt beteiligt, das dem Ziel eines funktionierenden Haushaltsroboters in den nächsten fünf Jahren näher kommen soll. Die Roboter, mit denen die Forscherinnen und Forscher arbeiten, sind menschen-ähnlich, haben Arme, Hände und Augen. „Unsere Welt ist auf Menschen ausgerichtet, weswegen wir auch die Roboter entsprechend planen – immerhin müssen sie sich in dieser Welt zurechtfinden“, erläutert Justus Piater.

Tasten, sehen, lernen

„In den Anfängen der Robotik ist man davon ausgegangen, dass ein Roboter nur mit genügend Daten gefüttert werden muss und er dann in der Lage ist, die ihm gestellten Aufgaben auszuführen“, sagt Justus Piater. Letztlich stellte man aber fest, dass das gar nicht präzise genug möglich ist und die kleinste Inkonsistenz zwischen realer Welt und Programmiertem zu Fehlern führt. „Wir setzen darauf, dass Roboter aus eigener Erfahrung lernen und einmal erlernte Prinzipien immer wieder umsetzen können.“ Etwa wenn ein Roboter das Prinzip einer Türklinke begreift und weiß, dass er eine Tür durch Drücken der Klinke öffnen kann. „Er wird dieses Prinzip dann auch auf ein Fenster umsetzen – das Prinzip des Hebels, der betätigt werden muss, ist ja das gleiche“, erläutert Justus Piater. Und das, ohne dass ihm die Betätigung des Fensterhebels gesondert beigebracht werden muss.

Oder das Öffnen einer Flasche: Wenn der Roboter nur die Kappe dreht, dreht er die ganze Flasche mit. Wurde ihm einmal beigebracht, dass die Verwendung beider Hände zum Erfolg führt, kann er dieses Prinzip auch bei anderen Aufgaben einsetzen – etwa beim Schneiden von Brot, wo das Brot ja ebenso festgehalten werden muss wie die Flasche, wenn man sie öffnen will. „Wir Menschen haben ein sehr weitreichendes intuitives Verständnis von Physik, das uns hilft, mit Situationen zurecht zu kommen, in denen wir etwas zum ersten Mal machen.“ Ähnliches soll auch bei Robotern erreicht werden.

Der perfekte Griff

Die Innsbrucker Wissenschaftler konzentrieren sich dabei auf die Roboter-Hände und den Vorgang des Greifens. „Das ist schwieriger, als es klingen mag: Ein Roboter muss erst herausfinden, dass er etwa eine Flasche besser am Rumpf zu fassen kriegt als am Flaschenhals“, sagt Justus Piater. Dieses „Weltwissen“ lernen Roboter einerseits durch Beobachtung von Menschen, als auch nach eigenem Probieren. „Wir wissen aus der Entwicklungspsychologie, dass Kleinkinder sehr ähnlich lernen – stark vereinfacht ausgedrückt probieren sie, welche Handlungen sich wie auswirken und merken sich das.“

Letztlich geht es den Forschern auch darum, Assoziationen zwischen Aussehen und Funktion eines Gegenstands zu schaffen, wie Justus Piater erklärt: „Einen Teller macht ja nicht nur das flache Aussehen aus, sondern auch die Tatsache, dass man etwas darauf platzieren und transportieren kann.“ Man kann einem Roboter zwar das Aussehen eines Tellers beibringen, da es aber so viele unterschiedliche Formen von Tellern gibt, stößt man dabei rasch an Grenzen: „Eine Schallplatte ist kein Teller. Das weiß der Roboter nach klassischer Vorstellung aber nur, wenn ich ihm die Schallplatte als Negativbeispiel einprogrammiere.“ Durch die logische Verknüpfung von Aussehen und Funktion soll ein Roboter das auch von selbst lernen und merken, dass etwa eine Schallplatte zu leicht ist, um darauf etwas zu transportieren – also die Funktion nicht erfüllt und deshalb kein Teller sein kann. Bis zur Marktfähigkeit sind aber noch einige knifflige Probleme zu lösen. „Letztlich ist es die eigene Faulheit, die mich zu dieser Forschung animiert hat: Ich kann Hausarbeit überhaupt nicht leiden und will daran etwas ändern“, erklärt Justus Piater lachend seine Motivation.

EU-Förderung

Das Projekt „Xperience – Robots Bootstrapped through Learning from Experience“ wird von der EU-Kommission mit insgesamt rund 7,6 Millionen Euro auf eine Laufzeit von fünf Jahren gefördert, die Innsbrucker Forscherinnen und Forscher erhalten rund ein Zehntel dieses Betrags.

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