Foto: Sarah Jonek/FH Bielefeld © Sarah Jonek Fotografie
Minden (mt/dc). Wie die Zusammenarbeit und Kommunikation zwischen Menschen und Robotern sicherer und einfacher gestaltet werden kann, damit beschäftigt sich ein Forschungsteam am Campus Minden der Fachhochschule (FH) Bielefeld.
Der Name des Projekts ist etwas sperrig: „Augmented-Reality-Interaktion zur dreidimensionalen Roboter-Arbeitsbereich-Beschränkung unter Berücksichtigung semantischer Informationen“. Dahinter stecken Prof. Dr. Dr.-Ing. Matthias König und seine wissenschaftlichen Mitarbeiter Malte Riechmann und André Kirsch, die ihre Doktorarbeiten am Promotionskolleg NRW schreiben. Das Trio will laut einer Pressemitteilung Techniken entwickeln, mit denen jeder Nutzer den Aktionsbereich eines Roboters im dreidimensionalen Raum begrenzen kann.
Noch stoßen Roboter an ihre Grenzen
Roboter unterstützen jetzt schon in vielen Alltagsbereichen: Der Industrieroboter schweißt Pkw-Karosserien zusammen, Drohnen liefern 3D-Bilder und autonome Staubsauger ziehen in den Kampf gegen Flusen und Staub. Wenn sich Roboter und Mensch in die Quere kommen, kann das aber mit Verletzungen enden. Oder es entstehen Schäden, weil der Roboter seine „No-go-Area“ nicht genau kennt. Und so agieren die Schweißroboter stets hinter Gittern, Drohnen dürfen nur in abgesperrten Bereichen von geschulten Piloten geflogen werden. Und der autonome Staubsauger stößt an seine Grenzen, wenn ein Gegenstand in seine Bahn ragt.
Das Team vom Campus Minden hat bereits in der Vergangenheit eine Technik entwickelt, bei der ein Laser-Pointer eine Linie auf eine Fläche im Raum zeichnet und diese in die Umgebungskarte eines Roboters übertragen wird. So weiß dieser, welche Grenzen er nicht überfahren darf. Damit können zum Beispiel Flächen einer Wohnung markiert werden, die ein Roboterstaubsauger aussparen sollte. Das Konzept hat die Forschungsgruppe bereits 2020 zum Patent angemeldet.
Grenzen im dreidimensionalen Raum
Das neue Vorhaben geht einen Schritt weiter. „Roboter sollen die Grenzlinien künftig nicht mehr nur auf dem Boden, sondern auch im dreidimensionalen Raum erkennen können“, sagt König. Das Team testet dafür nun verschiedene Interaktionsmöglichkeiten. Danach wollen die Wissenschaftler die Lösungen, die technologisch am vielversprechendsten sind, evaluieren, indem sie verschiedene Nutzergruppen alles ausprobieren lassen.
Die Grenzen des Arbeitsbereichs eines Roboters könnten zum Beispiel vom User spontan per „Pen Mouse“ in ein Kamerabild gezeichnet werden, das wiederum mit der dreidimensionalen Karte eines Roboters korrespondiert. Dann könnten die Roboter mit ihrer zuvor erstellten Karte die Grenze erkennen und akzeptieren.
Mit Robotern den Weg abgehen
Doch es gibt noch weitere Möglichkeiten. Bewährt, wenngleich nicht für alle Anwendungen denkbar, hat sich zum Beispiel das Prinzip „Durchführen und Lernen“: Wie Schulkinder, die den Schulweg erst einmal in Begleitung eines Erwachsenen ablaufen, kann eine Route auch mit einem Roboter zunächst gemeinsam abgefahren werden. Danach speichert der Roboter den Weg und kann die Bewegung allein vollziehen.
Das Team sucht aber nach noch einfacheren Lösungen. Dazu gehört zum Beispiel die „Programmierung“ eines dreidimensionalen Roboterarbeitsbereichs via Augmented-Reality-Brille und Tablet – Tools, die es in immer mehr Haushalten gibt und deren Bedienung jungen Leuten keine Schwierigkeit bereiten. Gestenerkennung ist ein weiteres Feld, mit dem sich die Forscher befassen: Mit Gesten könnten einerseits „No-go-Areas“ eingegeben werden. Andererseits könnte daraus aber auch eine simplere Bedienung von Robotern möglich werden: Eine Drohne beispielsweise ließe sich mit einem Winken herbeirufen. Oder ein Roboterarm ließe sich zum Greifen animieren, indem der User eine Faust mit der eigenen Hand vormacht.
Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert Projekt für drei Jahre
Das Vorhaben ließ die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) aufhorchen. Sie fördert das Projekt für drei Jahre. „Es ist eine Seltenheit, dass die DFG ein Forschungsprojekt der FH Bielefeld fördert“, stellt Matthias König fest. „Normalerweise steht die Grundlagenforschung von Universitäten im Fokus der DFG. Aber unser Ansatz wurde als äußerst vielversprechend bewertet, weil wir bereits unter Beweis gestellt haben, dass wir nachhaltige Fortschritte für eine bessere Mensch-Technik-Interaktion erzielen können.“ Das Projekt läuft bis Februar 2025.
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