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Der sechsbeinige Laufroboter Lauron soll selbstständig agieren können. (Bild: FZI Forschungszentrum Informatik)
KI Roboter Autonomes Fahren

Wie menschliche Gefühle einem Roboter helfen, bessere Entscheidungen zu treffen

Der Laufroboter Lauron wird am Karlsruher Forschungszentrum für Informatik dazu trainiert, bei Missionen auf dem Mars autark zu handeln. Seine Entscheidungen trifft er auf ähnliche Weise wie Menschen, die in einer gefährlichen Situation Angst und dabei ein Ziel vor Augen haben. In Zukunft könnten Maschinen mit dieser Fähigkeit in vielen Bereichen zum Einsatz kommen.

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Arne Rönnau ist Diplom-Ingenieur und leitet am Karlsruher Forschungszentrum Informatik die Abteilung Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (IDS). In dieser Funktion arbeitet er daran, einen sechsbeinigen Laufroboter namens Lauron (Laufender Roboter Neuronal gesteuert) so weit zu trainieren, dass dieser bei Erkundungsmissionen auf dem Mars oder anderen Planeten agieren kann, ohne ständig auf Befehle von der Erde angewiesen zu sein.

Lauron erkennt, wie es ihm geht

„In solchen Situationen hat der Mensch nur noch begrenzte Möglichkeiten, einzugreifen“, sagt Rönnau. „Zum einen, weil einfach niemand vor Ort ist und zum anderen, weil die Kommunikation eine große Verzögerung hat.“ Um dieses Problem zu lösen, haben die Wissenschaftler ihrem Roboter etwas verpasst, das sie „Selbstbewusstsein“ nennen. Und dazu gehören zwei Dinge: Erstens ist Lauron in der Lage zu ermitteln, wie es ihm geht. Er bemerkt zum Beispiel, wie viel Akku-Leistung er noch hat und ob alle seine sechs Beine noch funktionieren oder er in einen Laufmodus umschalten muss, um zum Beispiel eines davon zu schonen. „In einem zweiten Schritt kann er über seine Sensoren die Umgebung erfassen und versuchen, Risiken zu identifizieren“, sagt Rönnau. Das können größere Steine sein, die ihm im Weg liegen, ein weicher Untergrund, in dem er steckenbleiben könnte oder ein steiler Abhang.

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Arne Rönnau ist Diplom-Ingenieur und leitet am Karlsruher Forschungszentrum Informatik die Abteilung Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (IDS).

Auf Grundlage dieser Daten berechnet Lauron, wie hoch zum Beispiel das Risiko ist, während seiner Mission in einen vor ihm liegenden Krater zu stürzen. Hat er noch genug Akku, wird er ab einer bestimmten Tiefe außen herumlaufen. „Hat er nur noch wenig Akkuladung, es befindet sich aber ein wichtiges Ziel unten im Krater, könnte es sein, dass er sich dennoch für den risikoreichen Weg entscheidet“, sagt Rönnau. „Wir geben ihm die Freiheit, zu bewerten, wie es ihm geht, wie die Risiken sind, welchen Pfad er wählen kann oder welche Teilaufgabe der Mission er vielleicht als erstes ausführen sollte.“ Eine solche kann zum Beispiel im Sammeln von Fotos aber auch von 3D-Daten bestehen, die die Umgebung kartieren oder in Boden- oder Gesteinsproben, die Lauron mit seinen Greifern einsammelt.

Ist das Kernziel erreicht, kann der Roboter mehr Risiken eingehen

Diese Entscheidungen sind im Laufe der Mission sogar variabel. Am Anfang kann der Roboter so lange auf Nummer Sicher gehen, bis er die wichtigsten Kernziele erreicht hat. Um danach eventuell mehr zu wagen und zu versuchen, das Maximum aus seiner Mission herauszuholen. „Das ist im Grunde genau das, was wir als Menschen auch machen und was uns vor Dummheiten schützt“, sagt Rönnau. „Die Erfahrung, dass manche Sachen zu unangenehmen Situationen oder Verletzungen führen und wir abwägen, ob es sich lohnt, das Risiko einzugehen.“

Wenn man es schaffe, das auf einen Roboter zu übertragen, bedeute das „mehr Entscheidungen, mehr Autonomie, mehr Intelligenz“. Und einen deutlichen Vorteil gegenüber anderen Robotern wie dem Mars-Rover Curiosity der NASA zum Beispiel, der seine Tätigkeit immer dann einstellt, um auf neue Befehle zu warten, wenn sich eine Situation vor Ort anders gestaltet als von den Wissenschaftlern auf der Erde im Voraus berechnet wurde.

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Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, bei denen mobile und intelligente Roboter auch auf der Erde eingesetzt werden könnten. (Bild: FZI Forschungszentrum Informatik)

Lauron wird für den Einsatz im All trainiert, ist aber auch auf der Erde nützlich

Wann genau Lauron auf seine erste Weltraummission geschickt wird, kann Arne Rönnau nicht sagen. Daneben gibt es aber zahlreiche Möglichkeiten, bei denen mobile und intelligente Roboter auch auf der Erde eingesetzt werden könnten: Bei Rettungsmissionen im Katastrophenschutz zum Beispiel, bei der Erkundung von gefährlichen Gebieten wie dem Kraterbereich von Vulkanen oder auch auf Ölplattformen. „Einfach in Gebieten, in denen ein Mensch sich zwar prinzipiell aufhalten kann, es auf Dauer aber sehr unangenehm ist, zu arbeiten.“

Wenn es für den Menschen zu gefährlich wird, übernimmt die KI

Über den Nutzen von Künstlicher Intelligenz in gefährlichen oder potenziell gesundheitsschädigenden Situationen forschen auch die Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). Prof. Holger Hanselka, der Präsident des KIT, schreibt in einen Bericht der Plattform „Lernende Systeme“: „Der Einsatz von künstlicher Intelligenz ist mit enormen Chancen für unsere Gesellschaft verbunden. Gerade im Katastrophenschutz, beim Rückbau von Atomkraftwerken oder in maritimen Bereichen sind die Möglichkeiten groß, Fachkräfte mit Hilfe von KI wirksam zu unterstützen.“

Wie Lauron müsste die KI dafür in der Lage sein, in unbekannten Gebieten autonom zu lernen. Am KIT arbeitet die Arbeitsgruppe „Lebensfeindliche Umgebungen“ konkret an zwei Szenarien, in denen Künstliche Intelligenz in einem Zeitraum von etwa fünf Jahren zum Einsatz kommen könnte: Kommt es zum Beispiel in einer Chemiefabrik zu einem Brand, könnten intelligente Roboter am Boden und aus der Luft die Feuerwehr unterstützen, indem sie Lagebilder erstellen, Verletzte aufspüren und Gefahrenquellen sichern. Und auch unter Wasser könnten KI-gestützte Roboter Menschen entlasten, die zum Beispiel für die Wartung der Fundamente einer Offshore-Windkraftanlage nicht mehr selbst abtauchen, sondern nur noch dann einschreiten müssen, wenn der Roboter allein nicht mehr weiterkommt.

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Auch autonome Fahrzeuge fahren "mit Puls" besser

In den USA arbeiten auch die Forscher von Microsoft Research daran, die KI von autonomen Fahrzeugen zu optimieren, indem sie sie mit Daten füttern, die in menschlichen Stress- und Angstsituationen entstanden sind. Dafür setzten sie Probanden in einen Fahrsimulator und maßen dabei ihren Pulsschlag. Je höher das Stresslevel in den unterschiedlichen Situationen war, desto höher schlug der Puls.

Der Algorithmus lernte also, unter welchen Umständen die Fahrer besonders gestresst und ängstlich waren und vermied daraufhin ähnliche Situationen. Bei Microsoft spricht man in diesem Zusammenhang von „instinktiven Maschinen“. Und die hatten in Tests deutlich weniger Unfälle als Systeme, die nicht mit den Daten aus Angst besetzten Situationen trainiert wurden.

Haben Maschinen irgendwann menschliche Emotionen?

Gefragt, wie weit der Weg zu einer Welt voller Maschinen mit Gefühlen ist, sagt der Diplom-Ingenieur Arne Rönnau: „Wir stehen da noch ganz am Anfang. Davon, dass Roboter tatsächlich in die Nähe der Intelligenz von Menschen kommen, sind wir noch sehr weit weg.“ Vielmehr gehe es bislang immer nur um kleine Teilfunktionen, die Roboter stückchenweise übernehmen könnten. Dass Maschinen immer intelligenter würden, sei auf jeden Fall ein schleichender Prozess und so sei es auch mit dem autonomen Fahren: „Es wird nicht den Tag geben, an dem plötzlich alles anders ist. Sondern es wird nach und nach immer alles intelligenter.“

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