Freunde, der Roboter, der sich im Handumdrehen anpasst

Was sind die Besonderheiten humanoider Roboter??
Guillaume Caron. Wir entwickeln humanoide Roboter aufgrund ihrer Vielseitigkeit. Dabei handelt es sich um allgemeine Geräte, die, ein bisschen wie Menschen, überall durchschnittlich sind. Sie verfügen konstruktiv über sehr viele Freiheitsgrade, sprich Gelenke. Der Bipedalismus erfordert, dass diese Roboter jederzeit das Gleichgewicht halten können, was viel komplexer ist als bei einem Roboter auf Rädern oder einem Gelenkarm.

Humanoide Roboter sind besonders nützlich in Umgebungen, die von Menschen für Menschen gestaltet wurden, da ihre Form an diese Umgebungen angepasst ist. Seit letztem Jahr ist der vom amerikanischen Unternehmen Agility Robotics entwickelte Digit-Roboter in Logistikketten zu finden. Diese Geräte sind daher keine einfachen Demonstratoren oder Kommunikationswerkzeuge mehr, sondern auf dem Weg zu realen Anwendungen.

Vor welchen Herausforderungen stehen humanoide Roboter??
GC Besonders kompliziert ist die Fortbewegung: Der Roboter muss gehen, während er Objekte manipuliert. In den allermeisten Fällen muss er diese Aufgaben trennen und nacheinander ausführen. Es ist eine ziemliche Herausforderung, dorthin zu gelangen, ohne dass der Roboter das Gleichgewicht verliert, da er auf Widerstände und Reibung stößt, die schwer zu quantifizieren sind. Er muss noch wissen, wie er sich an diese Störungen anpassen kann. Im vergangenen Dezember haben wir auf der internationalen Robotikmesse Irex in Tokio eine Demonstration der Unterstützung beim Transfer eines Patienten durch den Friends-Roboter vom Bett in einen Rollstuhl organisiert. Die Maschine schafft es, sich zu bewegen und gleichzeitig den Patienten richtig zu positionieren. Dieser Erfolg steht im Einklang mit unseren Humanoiden HRP-2Kai und HRP-5P, die in der Lage sind, Industriespulen mit einem Gewicht von einhundertdreißig Kilo präzise zu bewegen!

Können Sie uns mehr über den Friends-Roboter erzählen??
GC Dieser humanoide Roboter wurde vom japanischen Konzern Kawasaki Heavy Industries entworfen, der im Westen für seine Motorräder bekannt ist. Er ist weniger als 1,80 Meter groß und wiegt etwa fünfzig Kilo. Wir fügten seine Hände hinzu, ein Kamerasystem in seinem Kopf und hinter seinem Rücken installierten wir Batterien und zwei Computer. Die erste konzentriert sich auf das Gleichgewicht des Roboters, um sicherzustellen, dass er nicht fällt. Die zweite ist dem Sehen gewidmet, das mehr Rechenleistung erfordert, aber auch eine etwas höhere Latenzzeit ermöglicht.

Kawasaki kontaktierte uns aufgrund unserer Erfahrung mit Airbus, um an „Friends“ zu arbeiten. Wir hatten ihnen tatsächlich dabei geholfen, humanoide Roboter in Flugzeugproduktionslinien zu integrieren, die aufgrund ihrer enormen Volumina schwer zu automatisieren sind. Kawasaki ist an solchen industriellen Anwendungen interessiert, aber auch im Gesundheitsbereich. Angesichts der Alterung der japanischen Bevölkerung und der prognostizierten sinkenden Arbeitskräfte erwägt das Unternehmen die Automatisierung bestimmter Aufgaben von Pflegekräften.

Was Friends einzigartig macht?
GC Sein Hauptmerkmal ist, dass es sowohl unabhängig als auch von einem Menschen geführt wird, der mit einem Virtual-Reality-Headset (VR) ausgestattet ist. Das Beste daran ist, dass Friends zwischen den Steuerelementen wechseln kann, ohne dass ein Neustart erforderlich ist, und das in weniger als zwei Sekunden. Das ist weniger als die Zeit, die ein Bediener benötigt, um das VR-Headset aufzusetzen und die Controller in die Hand zu nehmen. So schnell und gut erledigt das unseres Wissens kein anderer Roboter.

Diese Funktion ermöglicht es dem Roboter, sofort an einen Menschen zu übergeben, wenn er auf ein Problem stößt, das er nicht alleine lösen kann, oder wenn es verloren gegangen ist. Friends ist darauf programmiert, eine Reihe sich wiederholender Aufgaben zu lernen, kann jedoch immer wieder mit unvorhergesehenen Ereignissen oder zu heiklen Manövern konfrontiert werden, die er ohne externe Hilfe noch nicht bewältigen kann. Möglich wird dieser Wechsel durch die Softwareplattform mc_rtc, die wir bei JRL entwickelt haben. Es ermöglicht der Basis, denselben Controller von einem Roboter auf einen anderen umzustellen, und dann haben wir ihn so gepusht, dass er von autonom auf menschlich umschalten kann und umgekehrt.

Wie verwaltet Friends diese beiden unterschiedlichen Vorgänge??
GC Der Roboter ist mit zwei Arten von Kameras ausgestattet, die an den jeweiligen Steuerungsmodus angepasst sind. Die erste Funktion hilft Freunden dabei, zu fangende Objekte zu erkennen und ihre Umgebung zu kartieren. In einem VR-Headset können Stereobilder übertragen werden, die dem Bediener den Eindruck vermitteln, er befinde sich an der Stelle des Roboters. Auch die Gesten der Maschine bleiben denen des Menschen nahe, so dass die vom Teleoperator entworfenen Lösungen möglichst gut mit den Bewegungen übereinstimmen, zu denen Friends fähig ist, auch für feine Manipulationen.

Friends wurde außerdem so konzipiert, dass es so freundlich wie möglich aussieht und sich so verhält. Mit seiner geringen Größe wirkt er im Vergleich zu anderen Industrierobotern unscheinbar. Das beruhigt Menschen, die neben der Maschine arbeiten oder denen die Maschine hilft. Dies ist sehr wichtig für die Akzeptanz.

Welche Vorteile bietet die Arbeit eines CNRS-Teams in einem Internationales Forschungslabor in Japan gegründet?
GC Diese Situation verschafft uns Zugang zu goldenen Partnerschaften mit großen japanischen Unternehmen wie Kawasaki, aber auch Kawada Robotics. Wir profitieren auch vom Kompetenzaustausch mit unseren japanischen Kollegen vom National Institute of Advanced Industrial Sciences and Technologies (AIST). Sie sind weltweite Experten für Modellierung und mechanisches Design humanoider Roboter sowie deren automatische Steuerung. Wir unsererseits bringen ihnen unsere Erfahrungen im Softwarebereich ein, in der Wahrnehmung von Robotern, insbesondere beim Greifen eines Objekts oder beim Bewegen an einen bestimmten Ort, sowie im Übergang von einem Controller zum anderen.

Was sind Ihre Pläne für die Zukunft??
GC Wir wollen die Verbindung zwischen Autonomie und Teleoperation vorantreiben, insbesondere indem wir sie zusammenschweißen, anstatt vollständig von einem zum anderen zu wechseln. Die Idee wäre, dass der Roboter eine Art Halbautonomie beibehält, wenn er aus der Ferne manipuliert wird. Tatsächlich führt die Teleoperation zu einer Verzögerung bei der Übertragung von Informationen, sei es die Befehle des Menschen oder die Bilder, die er in seinem VR-Headset empfängt. Diese Latenz führt zu einer Art Reisekrankheit, die die Erledigung der Aufgabe behindern kann. Die Idee wäre, es dem System zu ermöglichen, die Absichten des Bedieners zu erkennen und vorherzusagen.

Außerdem haben wir gerade zwei Projekte gestartet, die von der französischen Nationalen Forschungsagentur finanziert werden. Die erste wird vom Systems Analysis and Architecture Laboratory koordiniert und zielt auf dynamischere Interaktionen zwischen Robotern und Menschen ab. Wenn derzeit jemand einen Gegenstand mit einer Maschine austauschen möchte, muss einer der beiden anhalten, damit der andere die Aktion abschließen kann. Wir möchten flüssigere Beziehungen erreichen, etwa für die Logistik und die Fabrik der Zukunft.

Das zweite Projekt, das wir dieses Mal am JRL leiten, zielt darauf ab, die Bewegung humanoider Roboter mithilfe bioinspirierter Methoden zu verbessern. Dabei werden wir von Bionik-Spezialisten des Instituts für Bewegungswissenschaften unterstützt. Wir werden uns Ameisen ansehen, denen es trotz eines eingeschränkten visuellen Gedächtnisses gelingt, sich in der Wüste zu orientieren. Ohne Plan oder 3D-Kartierung wollen wir den Robotern mithilfe eines neuronalen Netzwerks mit nur wenigen Bytes Speicher Wege von einigen zehn Metern beibringen. Sie würden dann mit viel einfacheren und energieeffizienteren Systemen arbeiten.♦