Der Weg zur kognitiven Fabrik
Im Exzellenzcluster CoTeSys (Cognition for Technical Systems) wird daran geforscht, wie sich kognitive Fähigkeiten auf technische Systeme übertragen lassen – also zu planen, zu entscheiden, zu lernen, die Umgebung zu erkennen und mit Überraschungen fertig zu werden.
Ziel ist es, einerseits Maschinen intelligenter und autonomer zu machen, andererseits die Kommunikation zwischen Mensch und Maschine so natürlich wie möglich zu gestalten. Hierzu gehört neben der verbalen insbesondere die „nicht-verbale" Kommunikation, also die Steuerung durch Gesten – beispielsweise mit der Hand oder die Erkennung von Emotionen.
So wird dem Roboter ACE die Richtung durch Anzeigen mit dem Arm vorgegeben. Im JAHIR-Projekt werden Schaltflächen, die mit einem Projektor dem Produkt oder Prozessablauf entsprechend auf die Arbeitsfläche projiziert werden, mit der Handgeste ausgelöst, oder der Zielpunkt eines Roboters durch die Blickrichtung des Werkers oder das Zeigen mit einem Finger oder einem Stift vorgegeben. Dies wird durch Sprachkommunikation zwischen Mensch und Maschine ergänzt.
Bei CoTeSys wird aber noch eine weit anspruchsvollere Aufgabe angegangen: aus der Mensch-Maschine-Kommunikation wird die Mensch-Maschine-Kooperation. Hier kommt dem Cluster die große Interdisziplinarität der Forschungsteams zugute. So arbeiten Biologen, Neurologen, Psychologen mit Ingenieuren der Elektrotechnik und des Maschinenbaus und Informatikern von drei Münchner Universitäten (TUM, LMU und UniBW sowie den Forschungszentren DLR und Max-Planck Institut für Neurobiologie) eng zusammen, um zum Beispiel eine „Kognitive Fabrik" zu entwickeln.
Das Ziel ist, die Vorteile der Manufaktur mit denen der Automatisierung zu verbinden, um kundenspezifische Produkte „bis hin zur Losgröße 1" mit hoher Produktivität herstellen zu können. Dies ist gerade für die deutsche mittelständische Industrie von hoher Bedeutung.
Bei CoTeSys geht es um die komplette Schleife von der „ Perzeption" der Umwelt über die „Kognition" zur „Aktuatorik", die wiederum die Umwelt verändert. Damit kann auch die physische, also körperliche Kooperation von Mensch und Maschine unterstützt werden.
So können die Roboter Werkstücke halten, während der Mensch ein Kabel einlegt oder Befestigungen anbringt. Dabei gilt stets das Prinzip, die Maschine zum Helfer des Menschen zu machen. Hierzu sind nicht nur zahlreiche Sensoren im Arbeitsbereich und an den Maschinen erforderlich, um Mensch, Maschine, Umgebung und Werkstücke zu erkennen, sondern eine hochkomplexe Steuerung und Regelung, die es dem Werker erlaubt, den Roboter mit der Körperkraft anzuhalten und den Grad der Steifigkeit der Achsen zu bestimmen.
Die Sicherheit des Werkers muss natürlich gewährleistet sein, wozu weitere Forschungsarbeiten durchgeführt werden. Die Herausforderungen der physischen Kooperation von Mensch und Maschine werden deutlich, wenn ein mobiler Roboter dem Werker beim Tragen einer Last um Hindernisse herum oder bei der gemeinsamen Arbeit an einem Rohr hilft.
Für die etwa 100 Professoren, PostDocs und Doktoranden, die bei CoTeSys arbeiten, sind noch längst nicht alle Forschungsziele erreicht. In einem weit komplexeren Szenario sollen mehrere Roboter und Menschen Arbeiten gemeinsam ausführen. Auch der Einsatz von Robotern in einer häuslichen Umgebung wird in zahlreichen Projekten erforscht. Ein ausdrücklicher Wunsch aber ist an die Hersteller von Robotern und mechatronischen Komponenten gerichtet: gewünscht sind leichtere, energie-effizientere, sehr viel flexiblere und preiswertere Antriebe, Module und Greifer.
Dr. Uwe Haass Exzellenzcluster CoTeSys www.cotesys.org
