Wie Roboter menschliche Berührungen fühlen können – ganz ohne künstliche Haut
Einfach berührend: Um die Zusammenarbeit mit Robotern intuitiver zu machen, wäre die Berührung ein geeigneter Kommunikationskanal. (Bild: maxuser / Shutterstock)
Roboter können Tischtennis spielen, am Fließband arbeiten, Essen verpacken und sogar sprechen, aber menschliche Berührungen zu erkennen, fällt selbst den fähigsten Maschinen noch schwer. Dabei sind Berührungen ein wichtiger Teil der Kommunikation und Interaktion. Bisher ist es nur durch Code oder zumindest ein Tablet möglich, Roboter auf etwas hinzuweisen. Roboter, die Berührungen wahrnehmen und deuten können, ohne mit einer Hightech-Kunsthaut überzogen zu sein, wären daher ein wichtiger Schritt im intuitiven Umgang zwischen Mensch und Maschine.
Diesem Ziel wollen jetzt drei Forscher des Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrums (DLR) nähergekommen sein, wie sie in einem in Science Robotics veröffentlichten Paper schreiben. Um den neuen Ansatz zu verstehen, muss man die verschiedenen Arten unterscheiden, wie unser Körper Berührungen wahrnimmt. Beispiel: Halte deine linke Handfläche nach oben, drücke leicht auf den kleinen linken Finger. Die Berührung nimmst du wahrscheinlich zuerst über die Haut der Fingerspitze wahr, denn allein an Händen und Fingern befinden sich Tausende von Rezeptoren. Forscher:innen versuchen oft, diese Sensoren für Roboter durch künstliche Haut nachzubilden. Allerdings sind solchen Entwicklungen teuer und es besteht die Gefahr, dass die Haut bei Stößen oder in einer rauen Umgebung beschädigt wird.
Wie wir Menschen Berührungen erkennen
Zurück zu unserem Berührungsbeispiel: Drückst du fester, wird über Knöchel und andere Gelenke eine zweite Art der Berührung deutlich. Diese Empfindung – Robotiker:innen nennen sie ein Gefühl des Drehmoments – ist das, was die drei DLR-Forscher in ihrem neuen System nachgebildet haben.
Ihr Roboterarm ist mit sechs Sensoren ausgestattet, von denen jeder selbst kleinste Druckausübungen auf einen beliebigen Teil des Geräts registrieren kann. Nach der präzisen Messung der Stärke und des Winkels dieser Kraft kann eine Reihe von Algorithmen abbilden, wo eine Person den Roboter berührt, und analysieren, was genau sie zu kommunizieren versucht. Beispielsweise könnte eine Person mit dem Finger irgendwo auf der Oberfläche des Roboterarms Buchstaben oder Zahlen zeichnen, und der Roboter könnte aus diesen Bewegungen Richtungen interpretieren. Eine andere Möglichkeit: Jeder Teil des Roboters könnte auch als virtueller Knopf verwendet werden.
Auf diese Weise könnte jeder Quadratzentimeter eines Roboters im Grunde zu einem Touchscreen werden, nur ohne die Kosten, die Zerbrechlichkeit und die Verkabelung eines solchen, sagt Maged Iskandar, Forscher am DLR und Hauptautor der Studie.
Zur Interaktion mit Robotern ist immer noch ein Eingabegerät notwendig
„Die Mensch-Roboter-Interaktion, bei der der Mensch eng mit dem Roboter interagieren und ihm Befehle erteilen kann, ist noch nicht optimal, da der Mensch ein Eingabegerät benötigt“, sagt Iskandar. „Wenn man den Roboter selbst als Gerät verwenden kann, sind die Interaktionen flüssiger“, argumentiert er.
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Damit erfüllt ihr System zwei Funktionen auf einmal: Es stattet den Roboter mit einem „Tastsinn“ aus und liefert einen neuen Kommunikationskanal mit Robotern. Das könnte besonders für größere Roboter wie Humanoide von Bedeutung sein, in die weiterhin Milliarden an Risikokapital investiert werden.
Calogero Maria Oddo, ein Robotiker, der das Neuro-Robotic Touch Laboratory am BioRobotics Institute leitet, aber nicht an der Arbeit beteiligt war, sagt, die Entwicklung sei wegweisend, da die Forschung Sensoren, elegante mathematische Verfahren zur Beschreibung des Tastsinns und neue KI-Methoden miteinander kombiniere. Oddo meint, dass die kommerzielle Einführung relativ schnell erfolgen könnte, da die erforderlichen Investitionen eher in Software als in die viel teurere Hardware fließen.
Bei den Sensoren müssen noch Hürden überwunden werden
Es gibt jedoch noch Einschränkungen. Zum einen kann das neue Modell nicht mehr als zwei Berührungspunkte auf einmal verarbeiten. In einer relativ kontrollierten Umgebung wie einer Fabrikhalle mag das kein Problem sein, aber in Umgebungen, in denen die Interaktion zwischen Mensch und Roboter weniger vorhersehbar ist, könnte dies hinderlich sein. Zum anderen geht es um die Art von Sensoren, die benötigt werden, um einem Roboter Berührungen mitzuteilen. Sie sind zwar im Handel erhältlich, können aber auch Zehntausende von Dollars kosten.
Geht es nach Oddo, werden in der Zukunft, haut- und gelenkbasierte Sensoren zusammengeführt, um Robotern einen umfassenderen Tastsinn zu verleihen.
„Wir Menschen und andere Tiere haben beide Lösungen integriert“, sagt er. „Ich gehe davon aus, dass auch Roboter in der realen Welt beides nutzen werden, um sicher und reibungslos mit der Welt zu interagieren und zu lernen.“
