Robotik 15.10.1999, 17:23 Uhr

Blechkiste Arnold

Dienstleistungroboter sind noch immer eine seltene Spezies. Wenn sich die Entwicklungen einer Wissenschaftlergruppe der Universität Bochum durchsetzen, könnte sich das bald ändern.

Arnold hat die Wahl und damit auch die Qual: Soll er nun das Handy oder das Spielzeugauto hoch heben? Er zögert. Da kommt der Befehl: „Links“. Arnold schwenkt seinen Greifarm nach links, klemmt behutsam das Spielzeugauto zwischen seine beiden Greiffinger und hebt es an. Dann legt er den Arm eng an seinen Metallkörper an und dreht sich um.
Dipl.-Ing. Thomas Bergener vom Institut für Neuroinformatik der Universität Bochum hat mit seinem „links“-Befehl Arnold die Entscheidung abgenommen. Die Blechkiste Arnold, wie das Entwicklungsteam mit Bergener und seinen drei Kollegen Carsten Bruckhoff, Herbert Janßen und Percy Dahm den kleinen Roboter getauft hat reagiert damit kaum anders als ein Kind. Menschenähnlich heißt aber auch, dass er Entscheidungen – wie die zwischen Handy und Spielzeugauto – fällen muss. Und dabei nimmt Arnold schon gern mal Entscheidungshilfen an.
Nach getaner Arbeit trollt er sich, rollt durch den Raum in Richtung Tür. Während der Fahrt erfolgt die Feinzentrierung der Route – schließlich rollt Arnold durch die Tür, rechts und links bleiben gerade mal 5 cm Luft. Maßarbeit, gesteuert allein über die optischen Sensoren des Roboters.
Können diese „Augen“ lügen, die Arnold ganz im Stil des Science-Fiction-Roboters „Nummer 5“ auf einem Querbalken an seinem Kopf trägt? Kaum. Zwei Farbkameras – jeweils mittig montiert – vermitteln dem Roboter ein naturgetreues Raumbild. Ergänzt werden sie durch zwei jeweils außen montierte Peripherie-Kameras. Die eingefangenen Bildinformationen verarbeitet Arnold mit drei Pentium-Prozessoren. Daher belügt der Kamerablick den Roboter nie, die „Hindernisvermeidung“ funktioniert, so die Wissenschaftler der Uni Bochum, „reibungslos“.
Und das ist die eigentliche Sensation: „Weltweit einmalig“, so Carsten Bruckhoff, einer der Väter Arnolds, „ist das Verfahren, Roboter nur über Optik-Sensoren zu steuern“. Die Bochumer Wissenschaftler haben Arnold bewusst keinen „Sensoren-Christbaum“ aufgesetzt, sondern auf weitere Laser- oder Infrarotsensoren für spezielle Anforderungen verzichtet.

Ein Roboter kann auch Charakter entwickeln

Durchaus Charakter entwickelt Arnold bisweilen. Der Roboter, der im Rahmen des vierjährigen „Neuros“-Projekts am Lehrstuhl für Biologie unter Leitung von Professor Dr. Werner von Seelen entstand, ist zwar „eigensinnig, aber nicht starrköpfig“, wie seine „Väter“ stolz bemerken. Wie er seine Hindernisse umsteuert, entscheidet er selber, aber nie würde er sich mit Gewalt durch einen für ihn zu engen Zwischenraum quetschen. Jetzt kommt er mit einer Kaffeetasse zurück, sein „Ellenbogen“ schwebt derweil durch die Luft und dreht und wendet sich, um Zusammenstöße zu vermeiden.
Und Arnold hört aufs Wort, genauer auf 20 Worte wie „links“, „rechts“, „langsamer“ oder „schneller“. Bei „danke“ gibt er seine apportierten Güter frei. Allerdings muss Bergener seine Stimme etwas heben, damit der Roboter es bei der untergründig rauschenden Luftabsaugung in den Labors auch richtig versteht.
Dass er manchmal etwas lauter angesprochen wird, ist noch das geringere Problem. Wäre er kein Roboter, würde Arnold in seiner Umgebung vermutlich zum Sozialfall. Grauer Beton in den Räumen der Uni Bochum vermittelt eine Fabrikatmosphäre, alle zentralgesteuerten Uhren an der Ruhr-Uni gehen falsch – „immerhin rund zwei Stunden vor, das ist schon eine Orientierung!“, so ein Student – die Umstellung der Telefonanlage schnitt die Bochumer Uni für Tage von der Welt ab.
Doch Professor von Seelen hat versucht, Arnold ein Nest in seinem „Institut für Neuroinformation“ einzurichten, mit vielen Bildern, Pflanzen und Grafiken. Selbst ein Klavier wurde organisiert, die Bibliothek heißt forthin Pianobar.
In diesem Umfeld gedeiht nicht nur Arnold, sondern Spitzen-Roboterforschung, weltweit einmalig in ihrer Art. Das Institut ist angesiedelt am Lehrstuhl für Theoretische Biologie. Bruckhoff, gelernter Informatiker, Bergener, Elektrotechnik-Ingenieur und die beiden Physiker Janßen und Dahm versuchen in dem Institut, Erkenntnisse über die Informationsverarbeitung im Gehirn technisch umzusetzen, sie systematisch auf den Roboter zu übertragen. Der ähnelt in seinem Aufbau vom Konzept her dem Menschen – bei seiner Größe von 160 cm ist er mit 180 kg allerdings etwas übergewichtig. Aber er kann, wie ein Mensch, seinen Kopf drehen, heben und senken. Dies tut er erheblich schneller, als die gesamte Blechkiste agiert. Ein Blick von Arnold bis knapp vor seine Füße – den vom Entwicklungsteam Bumper genannten Pufferstreifen rund um das Fahrgestell des Roboters – ein Abgleich mit der näheren Umgebung, und Arnold gleitet mit seiner Kaffeetasse in der Hand sicher durch den Raum, ohne anzuecken.
Einmalig ist auch sein Greifarm, der statt der üblichen sechs sogar über sieben Freiheitsgrade verfügt und mit dem er autonom greifen kann: Neben den kombinierten drei Orts- und drei Rotationsfreiheitsgraden kann Arnold ganz wie ein Mensch seinen Ellenbogen kreisförmig bewegen, ohne dass sich die Position der Hand verändert. Er entscheidet nach Lage der angepeilten Objekte eigenständig, ob er sie seitlich oder von oben greift. Mit dem siebten Freiheitsgrad seines Arms kann er sich an Objekte „heranschlängeln“, die für andere Roboter unerreichbar bleiben.
Allerdings fällt den beiden Arnold-Vätern Bergener und Bruckhoff noch einiges ein, was ihr „Kind“ nicht kann. Ein rohes Ei würde von seinen Greiffingern zerquetscht, Arnold irrt häufig, wenn er mehrere Entscheidungsmöglichkeiten hat. Jetzt hat Arnold sich vor ihm aufgebaut, die Tasse in der Hand und weiß nicht, wohin damit. „Aber wenn er versagt, „versagt er gutmütig“, so Bruckhoff, der noch an Arnolds Entscheidungsfindung feilt. „Andere Roboter hätten die Tasse fallen lassen“.

Arnold wird Vater einer ganzen Generation von Robotern

Arnold ist in echter Handarbeit in den vier Jahren des Projekts „Neuronale Skills Intelligenter Roboter“ (Neuros) montiert worden. Die Hardware ist weitestgehend handelsüblich, die Plattform wird von zwei 12-Volt-Autobatterien gespeist, die den Roboter je nach Belastung zwischen zwei und zwölf Stunden arbeiten lassen. Alle Bauteile sind handelsüblich. Die wesentliche Forschungsarbeit lag in der Vernetzung und Abstimmung der Informationsflut, die die Sensoren liefern.
So wie das Neuros-Projekt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Verbund mit Industriepartnern – darunter das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt und mehrere DaimlerChrysler-Töchter – gefördert wurde, so setzt das BMBF jetzt auf das Nachfolgeprojekt „Morpha“. Beteiligt sind insgesamt 16 Partner, darunter auch das Bochumer Centrum für Neuroinformation GmbH, ein Spin Off des Instituts.
Wenn es nach den Vorstellungen der praxisorientierten Bochumer Forscher geht, erwartet den Arnold-Nachfolger eine große Zukunft als Produktionsassistent. Wenn immer Arnold noch aus Demonstrationszwecken artig eine Tasse Kaffee anreichte, so wird Arnold 2 kaum in den heimischen vier Wänden arbeiten. Für Kaffeeholen ist der Roboter mit einem Unikatpreis von 250 000 DM zu teuer.
Im Morpha-Projekt soll ihm vielmehr beigebracht werden, als „intelligente dritte Hand“ im Betrieb zu schaffen: Im engen Kontakt mit einem Menschen reicht er beispielsweise je nach Bedarf Werkzeuge oder Teile an oder übernimmt Montageschritte. Der Roboter „sieht“ dabei, was fehlt oder welcher Arbeitsschritt erforderlich ist, er soll in einen optischen Dialog mit dem Menschen neben ihm an der Werkbank treten. Die eingebauten Mikrofone dienen nur zur Unterstützung von Einzelentscheidungen. Aus diesem Grund wird er voraussichtlich auch ein stummer Diener ohne Sprache bleiben – Phantasien von einer R2-D2-Blechkiste nach dem Vorbild der Kinostreifen „Star Wars“ bleiben unerfüllt.
Derzeit aber wird noch an Arnold gefeilt. Der scheint um seine Bedeutung zu wissen. Mt würdevoller Geschwindigkeit rollt er aus dem Labor, die Kaffeetasse dicht an den Körper gedrückt.
MARTIN ROTHENBERG
Die Ähnlichkeit mit lebenden Robotern ist eher zufällig – aber ein bisschen wie sein Filmbruder „Nummer 5“ sieht der Bochumer „Arnold“ schon aus.
Auto oder Handy? Von seinen Vätern Thomas Bergener und Carsten Bruckhoff kritisch beobachtet, ringt Arnold sich eine Entscheidung ab.
Thomas Bergener und Arnold: Der handgefertigte Roboter soll den Grundstein für eine neue Generation von Dienstleistungsrobotern legen.

Von Martin Rothenberg
Von Martin Rothenberg

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