Roboter 2010: Robonauten im Wettlauf um die Mondlandung
Im Mai 2010 hat US-Präsident Barack Obama die Rückkehr des Menschen zum Mond abgesagt. Stattdessen sollen nach Plänen diverser Raumfahrtagenturen Roboter auf unseren Trabanten geschickt werden. Noch in diesem Jahrzehnt sollen die ersten dort eintreffen. Auf der Erde sollen Roboter unter anderem bei der Krankenpflege helfen, wie etwa Cody, der bettlägrige Patienten wäscht. In der Roboter-Entwicklung hat sich 2010 einiges getan. Für ein Unternehmen und eine Forschungsinstitution endete das Jahr überaus erfreulich. Roboter in der Pflege
Vor allem im Gesundheits- und Pflegebereich sollen die Roboter in Zukunft eingesetzt werden. Davon sind Robotiker wie Colin Angle überzeugt. "Unsere Gesellschaften überaltern, und die Kosten für die Pflege in Heimen oder Krankenhäusern belasten die Wirtschaft schwer" , sagte der Chef des US-Robotikunternehmens iRobot im Spätsommer 2009 im Gespräch mit Golem.de .
Kurz darauf verkündete das Unternehmen, das bis dahin vor allem als Hersteller von Staubsaugerrobotern sowie von Robotern für die US-Armee bekannt war, in diesen Bereich einsteigen zu wollen.
Cody wäscht Patienten
Wie ein solcher Roboter aussehen könnte, zeigen Wissenschaftler am Georgia Institute of Technology: Sie haben kürzlich mit Cody(öffnet im neuen Fenster) einen Roboter vorgestellt, der bettlägrige Patienten waschen soll. In Italien setzen Wissenschaftler einen Roboter mit dem Namen Braccio di Ferro , zu Deutsch: Eisenarm, bei der Behandlung von Schlaganfallpatienten ein. Mit Hilfe des Eisenarms soll der Patient lernen, seinen eigenen Arm wieder zu bewegen. Der Patient bewegt seinen Arm auf einem achtförmigen Kurs über eine Tischplatte. Bewegt der Patient seinen Arm in die richtige Richtung, unterstützt ihn der Roboter. Bewegt er ihn in die falsche, hindert der Roboter ihn am Ausweichen.
Allerdings sind die Roboter durchaus nicht nur Humanoide, die auf zwei Beinen oder einem fahrbaren Chassis durch Krankenhausflure wetzen und auf der Station Patienten helfen: Das Krankenhaus im schottischen Larbert setzt seit Sommer drei Apothekenroboter ein. Diese sortieren und verwalten Arzneimittel. Durch den Einsatz der Roboter sei die Apotheke effizienter geworden, berichtete das Krankenhaus schon nach wenigen Monaten. So konnte zum einen Geld gespart werden, zum anderen passierten weniger Fehler bei der Ausgabe der Arzneimittel.
Roboter auf dem Mond
Ein weiterer wichtiger Trend ist die Weltraumrobotik: Gleich mehrere Weltraumbehörden kündigten 2010 robotische Mondmissionen an - sicher nicht zuletzt deshalb, weil US-Präsident Barack Obama die Rückkehr des Menschen zum Mond zugunsten einer bemannten Marsmission zurückgestellt hat. Statt Menschen sollen deshalb Roboter auf den Nachbarn im All.
Nasa: Project M
Die Ersten, die dort ankommen, dürften Roboter aus den USA sein. Unter dem Codenamen Project M(öffnet im neuen Fenster) arbeitet die US-Weltraumbehörde Nasa bereits fleißig daran, einen Roboter auf den Mond zu schicken . Ende 2012 bereits soll ein Roboter auf dem Mond die US-Flagge aufpflanzen - der Buchstabe M steht für Mille, das lateinische Wort für 1.000: Innerhalb von 1.000 Tagen, gerechnet ab Frühjahr 2010, soll das Projekt umgesetzt sein.
Die Chancen stehen nicht schlecht: Eine Landeeinheit, die mit flüssigem Methan und flüssigem Sauerstoff angetrieben wird, ist bereits in der Erprobungsphase. Auch einen robotischen Mondfahrer gibt es schon: den Robonaut 2(öffnet im neuen Fenster) (R2), den die Nasa zusammen mit dem Automobilkonzern General Motors entwickelt hat.
R2 - der robotische Astronaut
R2 ist ein humanoider Roboter, der mit seinem goldfarbenen Kopf mit dem verspiegelten Gesicht und dem weißen Körper wie ein Astronaut aussieht. Sein Torso mit zwei Armen und Händen ist dem eines Menschen nachempfunden. Mit seinen Händen kann er geschickt agieren, zum Beispiel Gefäße öffnen und sogar schreiben. Er ist dazu gedacht, Menschen bei der Arbeit zur Hand zu gehen, ihnen etwa Werkzeuge anzureichen - und das nicht nur im Weltraum, sondern auch auf der Erde, in der Produktionshalle.
Eigentlich hätte R2 Anfang November an Bord des Spaceshuttle Discovery zur Internationalen Raumstation (International Space Station, ISS) aufbrechen sollen. Dort soll er sich unter Weltraumbedingungen bewähren. Allerdings wurde der Start inzwischen auf Februar 2011 verlegt. Die Erfahrungen an Bord der ISS fließen auch in die Weiterentwicklung von R2 ein - schließlich fehlt ihm noch ein Unterkörper zur Fortbewegung.
Japan will zum Mond
Im Frühjahr kündigte die japanische Regierung an, sie wolle den Mond mit Robotern besiedeln: 2015 wollen die Japaner die ersten Roboter auf den Mond schicken. Bis zum Jahr 2020 soll in der Nähe des lunaren Südpols eine Mondbasis entstehen , die dauerhaft von Robotern bewohnt werden soll.
Die Basis soll als Ausgangspunkt für Forschungsfahrten der Roboter dienen. Bis zu 100 Kilometer weit sollen diese sich dabei von der Basis entfernen und unter anderem Proben sammeln. Die Gesteinsproben bringen sie dann zur Basis. Die interessantesten Steine werden von dort aus zur Erde transportiert.
Europäer auf dem Mond
Aber auch die Europäer wollen auf den Erdtrabanten : 2018 soll ein Raumfahrzeug der europäischen Weltraumbehörde (Esa) in der Nähe des lunaren Südpols landen. An Bord des Landefahrzeugs befinden sollen sich ein Fahrzeug, ein sogenannter Rover, sowie ein Erkundungsroboter, der in Mondkrater hinabsteigen soll, um dort nach bestimmten Mineralien und vor allem nach Wasser zu suchen.
Wie die künftigen europäischen Mondmissionen ablaufen sollen, das testen derzeit Wissenschaftler des Deutschen Forschungsinstituts für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Bremen. Sie haben kürzlich eine Weltraumexplorationshalle eröffnet , in der sie einen Mondkrater nachgebaut haben: ein steiler Abhang mit einer Oberfläche, die dem scharfkantigen Sand auf dem Mond nachempfunden ist, und einer Scheinwerferbatterie, die die Lichtverhältnisse auf dem Mond simuliert - gleißend hell oder nachtschwarz.
Weitgehend autonom
Die europäischen Mondroboter sollen weitgehend autonom agieren. So soll schon die Landefähre nicht ferngesteuert von der Erde auf dem Mond aufsetzen, sondern sich selbstständig in der zerklüfteten Polregion einen Platz dafür suchen. Ist sie gelandet, machen sich Rover und Laufroboter auf den Weg, um die Gegend in größerem Umkreis zu erforschen. Das Mondfahrzeug nimmt dabei den Laufroboter huckepack und fährt los. Kommt das Gespann zu einem Krater, wird der Laufroboter abgeladen und macht sich auf den Weg zum Kratergrund.
Die Wissenschaftler setzen auf dieses duale System, weil sie sich damit die Vorteile des Fahrens und des Laufens zunutze machen können: Ein fahrender Roboter braucht weniger Energie als ein laufender. Dafür ist sein Handlungsspielraum begrenzt: Er kann nur in halbwegs ebenem Gelände unterwegs sein. Und selbst dort kann er in Schwierigkeiten geraten, wie der Marsrover Spirit gezeigt hat: Der steckt seit Anfang 2010 im Sand fest und kommt nicht mehr weiter. In einen Krater kann er nicht hineinfahren. Gerade die wollen die Wissenschaftler aber erkunden lassen.
Auf sechs Beinen
Dort kann ein Laufroboter wie der sechsbeinige Space Climber(öffnet im neuen Fenster) seine Stärken ausspielen: Er ist dafür geschaffen, einen mit Geröll übersäten Steilhang in die Finsternis hinabzusteigen. Über Steine, die für den Rover ein unüberwindbares Hindernis darstellen, klettert er einfach hinweg. Sein Akku ist groß genug, dass er sich einen Kilometer weit durch die tiefe Dunkelheit, die auf dem Kratergrund herrscht, bewegen kann.
Doch hat Laufen auch einige entscheidende Nachteile gegenüber Fahren: Ein Laufsystem ist komplexer und braucht mehr Energie. Ein Laufroboter nimmt sogar dann noch Leistung auf, wenn er sich nicht bewegt: Seine Motoren müssen auch im Stand arbeiten, da sie den Körper oben halten. Werden sie abgeschaltet, legt sich der Körper im Mondstaub ab.
Sport und Spiel
Die von Deutschen entwickelten Roboter genießen durchaus Ansehen in der Fachwelt. Dazu haben nicht nur die Weltraumroboter beigetragen. Auch sportlich haben die deutschen Robotiker einiges zu bieten: So wurde das Team B-Human(öffnet im neuen Fenster) , eine Kooperation der Universität Bremen mit dem DFKI, im Sommer bereits zum zweiten Mal in Folge Weltmeister im Robofußball(öffnet im neuen Fenster) .
In der sogenannten Standard Platform Liga treten alle Teams mit den gleichen Robotern an - seit einigen Jahren ist das der humanoide Roboter Nao(öffnet im neuen Fenster) des französischen Unternehmens Aldebaran. Die Aufgabe der Teams besteht nun darin, die Steuerungssoftware für den Roboter zu entwickeln. Dazu gehören die Bewegungsabläufe, die Bilderkennung und die Ballführung.
Besser laufen, mehr Tore schießen
Zwei Faktoren machten das Team so erfolgreich, erklärte Wiebke Sauerland im Gespräch mit Golem.de : Die Roboter seien schnell und vor allem stabil auf ihren Beinen unterwegs. "Es gibt zwar Teams, die wesentlich schneller sind als wir, aber dafür kippen die Roboter häufiger um. Und wir schießen mehr Tore. Wir haben bei der Weltmeisterschaft mehr Tore geschossen als die anderen Teams zusammen. Und darum geht es ja beim Fußball: Wer die Tore schießt, gewinnt."
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| Video: Tanzende Nao-Roboter |
Allerdings kann Nao nicht nur Tore schießen. Er wird auch in verschiedenen Forschungsprojekten eingesetzt. Im Rahmen von Humavips(öffnet im neuen Fenster) , eine Abkürzung für: Humanoids with auditory and visual abilities in populated spaces, etwa wollen Wissenschaftler aus Deutschland, Frankreich, der Schweiz und Tschechien dem Nao selektive Wahrnehmung beibringen : Er soll in der Lage sein, sich in Gesellschaft mit einer Person zu unterhalten und dabei Hintergrundgeräusche auszublenden. Eine Forscherin in England hat dem Nao beigebracht, eine emotionale Bindung zu einem Menschen aufzubauen. Dass der Roboter aus Frankreich gefühlvoll sein kann, hat er im Sommer in Schanghai gezeigt: Zur Weltausstellung hatte Aldebaran ein Ensemble aus 20 Naos aufgeboten, das eine knapp neunminütige Tanzaufführung darbot. Dabei machten die Naos durchaus eine bessere Figur als der schwedische Roboter, der den sterbenden Schwan tanzte .
US-Roboter für den Haushalt
Sein amerikanischer Kollege Personal Robot 2(öffnet im neuen Fenster) (PR2) hingegen ist mehr fürs Handfeste: Während der Nao der Hochkultur frönt, geht er lieber mit seinen Kumpels Billard spielen . Dabei sorgt er auch dafür, dass keiner auf dem Trockenen sitzen muss: Auf Wunsch fährt er in die Küche und holt eine Flasche Bier aus dem Kühlschrank.
Greifen, Falten, Gehen
Der vom kalifornischen Robotikunternehmen Willow Garage entwickelte PR2 ist als robotische Versuchsplattform für die unterschiedlichsten Anwendungen gedacht. In erster Linie sollen darauf Anwendungen für den Alltag entwickelt werden. Um das möglichst einfach zu machen, setzen die Kalifornier auf Open Source: Das Betriebssystem, Robot Operating System(öffnet im neuen Fenster) (ROS), ist ebenso wie die Software Open Source.
Entwickler können auf dieser Basis weitere Software entwickeln und bereits vorhandene integrieren. Inzwischen hat PR2 auch schon einiges gelernt: Neben Billardspielen und Bier holen kann er den Tisch abräumen , Handtücher falten und Socken zusammenlegen . Alle diese Anwendungen stehen Entwicklern zur Verfügung. Wer eine robotische Haushaltshilfe sucht, kann den PR2 auch kaufen . Ganz billig ist das allerdings nicht: Der Roboter kostet 400.000 US-Dollar.
Gehen...
Während sich manche Forscher um neue Anwendungen für vorhandene Roboter kümmern, beschäftigen sich andere damit, bestimmte Einzelaspekte der Roboter zu verbessern. Forscher der Technischen Universität in München etwa haben Lola(öffnet im neuen Fenster) entwickelt. Die 1,8 Meter große, nicht eben schöne Roboterdame hat nur einen Zweck: Sie ist ein Forschungsroboter, der dazu dient, den Gang auf zwei Beinen zu studieren.
Dabei ist sie zwar recht bedächtig - sie schafft gerade mal 2 km/h -, aber dank einiger technischer Finessen wie einem Zehgelenk, mit dem sie gehen kann wie ein Mensch, durchaus sicher und zielgerichtet. Die Universität der Bundeswehr hat zudem ein visuelles System für Lola entwickelt. Das ermöglicht der Roboterdame, sich selbstständig einen Weg durch einen Hindernisparcours zu suchen. Werden ihr dabei zusätzliche Hindernisse in den Weg gestellt, reagiert sie auch darauf und umgeht sie.
... und Greifen
Fortbewegung ist ein wichtiger Aspekt eines Roboters. Ein anderer ist, zu handeln. Das bedeutet im Normalfall, Gegenstände greifen und transportieren. Sind das Gegenstände aus dem Haushalt, sollte der Roboter fest zupacken können, um etwas Schweres zu heben, aber gleichzeitig gefühlvoll genug sein, um Zerbrechliches ganz zu lassen. Forscher der Universität in Saarbrücken haben sich, um das zu schaffen, einer Technik bedient, die schon die alten Römer zum Spannen ihrer Wurfmaschinen anwendeten: Sie steuern die Roboterhand mit Polymerschnüren.
Elektromotoren in den Unterarmen verdrillen die Schnüre und verkürzen sie so. Die dadurch entstehenden Zugkräfte bewegen die Finger der Roboterhand. Damit sollen die Finger, die wie die einer menschlichen Hand drei Glieder haben, ebenso gefühlvoll wie kräftig zugreifen können.
Pulvergefüllter Ballon
Dass es nicht immer hochkomplexer Techniken bedarf, hat eine Gruppe von Entwicklern der Cornell Universität in Ithaca im US-Bundesstaat New York, der Universität von Chicago und des US-Unternehmens iRobot gezeigt. Sie hat einen Greifer aus einem Ballon und etwas Kaffeepulver konstruiert.
Das System ist denkbar einfach und dennoch höchst effektiv: Der mit Kaffeepulver gefüllte Ballon wird gegen ein Objekt gedrückt. Dabei passt sich der flexible Ballon dessen Form an. Anschließend wird mit einer kleinen Pumpe die Luft aus dem Ballon gezogen. So wird der Griff um das Objekt fest, und der Roboter kann es anheben. Eine Volumenänderung von weniger als 0,5 Prozent reicht aus, um ein Objekt zu greifen und es mit einer Kraft festzuhalten, die dessen Gewicht mehrfach übersteigt.
Erweiterter Turingtest
Roboter, die besonders gefühlvoll greifen, können an dem Wettbewerb(öffnet im neuen Fenster) teilnehmen, den Wissenschaftler der Ben-Gurion-Universität (BGU) des Negev im südisraelischen Beerscheba ausgeschrieben haben. Sie suchen einen Roboter, der einem Menschen die Hand schüttelt . Ziel ist, dass der Mensch nicht unterscheiden kann, ob er mit einem Roboter oder einem Menschen interagiert.
Der Handschlagtest soll den Turingtest erweitern: Dieser erkennt die Intelligenz eines Computers anhand von Sprache. Die BGU-Wissenschaftler hingegen wollen die motorische Intelligenz in den Test einbeziehen. Der Handschlagtest sei nicht nur interessant, weil er eine verkleinerte Version des Turingtests sei, sondern auch, weil er bidirektional verlaufe, sagt Karniel. Beide Seiten schüttelten aktiv die Hand und sondierten einander so gegenseitig, etwa über den Druck oder die Intensität, mit der die Hände geschüttelt werden.
Preisgekrönter Arm
Diesen Wettbewerb wird der von dem Esslinger Unternehmen Festo und dem Stuttgarter Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) entwickelte bionische Roboterarm(öffnet im neuen Fenster) wohl kaum gewinnen. Er könnte allerdings in einem Wettkampf gegen einen Elefanten antreten - die Beweglichkeit und den sanften Griff eines Elefantenrüssels hat der pneumatische Arm jedoch noch nicht ganz erreicht.
Der Arm besteht aus drei Segmenten, die wiederum aus je drei balgartigen Hohlkammern bestehen. Die Bewegungen des Armes werden mit Luftdruck gesteuert: Wird in eine Kammer Luft gepumpt, verlängert sie sich. Da jede der neun Kammern einzeln angesteuert wird, kann der Arm fließende Bewegungen ausführen und sich in alle möglichen Richtungen drehen und winden - fast wie eine Schlange.
Am Ende des Arms sitzt ein kurzes Handsegment, das wiederum aus drei Kammern besteht. Diese sind durch eine Platte verbunden, wodurch sich die Hand am Ende des Arms in zwei Ebenen kippen lässt. Die Hand besteht aus drei Greifern, die ebenfalls über eine Luftkammer gesteuert werden: Wird Luft hineingepumpt, schließen sich die Greifer, Fingripper genannt, um einen Gegenstand. Sie sind so gestaltet, dass sie sich genau der Form des Gegenstandes anpassen. Die Kraft verteilt sich umso besser, je höher der Anpressdruck ist. So kann die Roboterhand auch eine Frucht oder ein Ei fassen, ohne sie kaputtzumachen.
Bundespräsident Christian Wulff hat den bionischen Handling-Assistenten aus dem Schwabenland kürzlich mit dem Deutschen Zukunftspreis 2010 ausgezeichnet. Diesen mit 250.000 Euro dotierten Preis verleiht der Bundespräsident jedes Jahr für eine besondere Innovation aus den Bereichen Kunst und Technik.