Wenn Roboter uns schon Arbeit abnehmen, dann doch bitte im Haushalt: Das dachten sich Forschende der TU Wien und entwickelten einen Roboter, der Arbeitsschritte durch Zuschauen erlernt. Sie erprobten die neue Technik, indem sie ihn ein Waschbecken putzen ließen.
Jede Bewegung vorab zu programmieren, wäre aufwendig und würde den Roboterarm unflexibel machen. Schließlich soll er die Formen des Beckens selbstständig erfassen und erkennen, wo er wie stark scheuern muss. Anstelle starrer Formeln steuert ihn deshalb ein neuronales Netzwerk. Es lässt sich mit wenigen Daten trainieren und ermöglicht es dem Roboter, beobachtete Bewegungen eigenständig nachzuahmen. Die Forschenden stellten den fleißigen Helfer nun auf der Robotikkonferenz IROS in Abu Dhabi vor.
Für das Training putzten Christoph Unger und sein Team nur die Vorderkante des Waschbeckens, um den Vorgang zu demonstrieren. Dafür nutzten sie einen Putzschwamm, den sie mit Kraftsensoren und Tracking-Markern versahen. Dadurch lernte der Roboter, wann und wo er wie viel Kraft aufwenden muss. Den Rest des Waschbeckens konnte er anschließend eigenständig reinigen.
Bei dem Algorithmus, den die Forschenden dafür entwickelt haben, bestimmen Beschaffenheit und Geometrie der Oberfläche die Handlungen des Roboters. Die mit dem Schwamm vorgeführten Bewegungen übersetzt der mechanische Arm in eigene Bewegungen – und zwar unabhängig von der Geschwindigkeit und dem genauen Ort der Demonstration. "Der Roboter lernt, dass man den Schwamm je nach Oberflächenform anders halten muss, dass man an einer eng gekrümmten Stelle eine andere Kraft aufwenden muss als auf einem ebenen Flächenstück", erklärt Christoph Unger.
Sobald das Modell trainiert ist und der Roboter neue Flächen bearbeiten soll, müssen nur die neuen Merkmale bislang unbekannter Oberflächen abgestimmt werden. Der Roboter muss dafür nicht mehr, wie bei früheren Modellen, neu programmiert werden. "So kann er auch kompliziertere Bewegungsabläufe lernen. Ganz egal, wie das Objekt aussieht", sagt Christian Hartl-Nesic, einer der Co-Autoren. In einer Simulation zeigt das Team, dass der Roboterarm auch einen Hasen streicheln könnte.
Das Putzen eignet sich besonders gut für die Demonstration des Roboters, da es keinen Dreck oder Lärm verursacht. Im Arbeitsalltag sollen seine Haupteinsatzgebiete aber andere sein: etwa in Tischlereien Holz zu schleifen. Auch in Schlossereien oder Kfz-Werkstätten ließe er sich bei Schweiß- oder Lackierungsarbeiten einsetzen. "Die Arbeiten werden dann mit einem Polier- oder Schleifwerkzeug demonstriert", sagt Hartl-Nesic. "Die aufgezeichneten Daten werden mit unserem Algorithmus verarbeitet, und es können neue Bewegungsabläufe für neue Objekte berechnet werden." Wären mehrere Roboter im Einsatz, könnten sie sogar voneinander lernen und Daten zu Bewegungsabläufen teilen.
Ziel sei nicht, Menschen zu ersetzen, sagt Hartl-Nesic. Fehle jedoch das Personal, könnten Betriebe auf Roboter ausweichen. "Schleifen oder polieren sind eintönige Aufgaben, die Zeit in Anspruch nehmen. Wahrscheinlich kann das Robotersystem die Aufgabe nicht zu 100 Prozent lösen, aber wenn 80 Prozent der Arbeit erledigt sind, bleibt dem Personal mehr Zeit für anspruchsvollere Aufgaben."
Als Nächstes will das Team den Algorithmus erweitern, sodass der Roboter noch universeller eingesetzt werden kann. Vielleicht nimmt er uns doch irgendwann als Haushaltshilfe nicht nur das Putzen des Waschbeckens, sondern den ganzen Hausputz ab.
