Robotik - think ING. kompakt 12/2020| 01/2021 by GESAMTMETALL

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Dezember 2020 | Januar 2021

kompakt D e i n E i n bli c k i n d i e We l t d e r In ge ni e u r i nn e n u n d In ge ni e u r e

ROBOTIK WOHIN GEHST DU, ROBOTER? Die Zukunft wird digital, bevölkert von Robotern und künstlichen Intelligenzen (KI) in allen Bereichen unseres Lebens. Sie sind jetzt schon als Industrieroboter, Serviceroboter oder CoBot, also als direkter Kollege des Menschen im Einsatz. Doch die Robotergenerationen von morgen sollen autonom, selbstlernend und vernetzt sein. Ausgestattet mit Deep Learning Skills und Brain-Machine-Interfaces. Sie sind multisensorisch, verfügen über Temperaturund Tastsinn oder 6D-Technologie, die den bekannten drei Raumdimensionen noch drei Rotationswinkel hinzufügt. In Roboteams sollen sie Schwarmintelligenz entwickeln und dort eingesetzt werden, wo der Mensch keinen Zugang hat: im Weltraum, der Tiefsee oder in Katastrophengebieten. Drohnen, Androide, Animaloide und bald auch Plantoide, wie der GrowBot, der bionisch das Ausbreitungsverhalten von Wurzeln nachahmt und unter anderem helfen soll, verschüttete Menschen zu finden. Die Zukunft wird digital sein und eine Spielwiese für kreative IngenieurInnen.

P O R T R ÄT ROBOTER MIT FEELING ab Seite 2

T R EN D S ROBOTIK UND KI ab Seite 4

ROBOTER MIT FEELING

Damit der Roboterarm weiß, wo er wie agiert, führt Marius

Menschen, um ihm anschließend zu helfen

Weitere Infos zur Story online über Link oder QR Code s.think-ing.de/robotik-bmw

Neben den massigen Industrierobotern werden immer häufiger Leichtbauroboter gebaut, die wortwörtlich Hand in Hand mit dem Menschen arbeiten. Bei BMW in München entwickelt der Maschinenbauingenieur Marius Rittstieg (30) die nächste Generation dieser sensiblen Mensch-Maschine-Kollaboratoren.

dieser technischen Sensibelchen zuständig: „Wir beschäftigen uns hier mit Robotern, die mit einer äußerst feinen Sensorik versehen sind, damit sie haptisch spüren können, wenn es eine Kollision gibt. Und die sind so sicher, dass sie mit den Menschen direkt Hand in Hand agieren können. Das Ganze fassen wir bei BMW unter dem Begriff Mensch-Roboter-Kollaboration zusammen.“ © BMW

Rittstieg die Technik manuell ein. Der Roboter lernt sozusagen vom

In der Halle neben dem Versuchslabor stehen die neuesten BMW-Modelle auf rollbaren Böcken, mit Tüchern abgedeckt, mit Folie beklebt. Die Modelle der Zukunft, von denen jeder Technikfan träumt. Im Neonlicht getränkten Labor arbeitet indes eine Armada junger IngenieurInnen an einem elementaren Bestandteil der Produktion von morgen: einem Roboter, der weder tonnenschwere Karosserien wuchtet noch kilometerlange Schweißnähte zieht. Dafür ist er so feinfühlig, dass dieser Roboter parallel zu den menschlichen ArbeiterInnen komplizierteste Produktionsschritte ausführt. Marius Rittstieg ist seit Ende 2018 bei BMW und gemeinsam mit seinem Team für die Entwicklung In der Produktion arbeiten Mensch und Roboter schließlich miteinander,

um Fahrzeugbauteile gemeinsam zu fertigen

Muttersprache spricht. Für Marius Rittstieg so oder so kein Problem. Er lebte als Kind viele Jahre in Amerika, studierte in Deutschland und Frankreich, war in Südamerika tätig. Die Weltsprachen sind kein Hindernis, sie sind Normalität. Das passt auch zum Team, das multilingual aus Deutschland, Fernost und Südamerika stammt – man trifft sich im Englischen. Dem Roboter ist das wurscht, er spricht seine eigene Sprache.

Bis der Roboter mit dem Menschen handfest zusammenarbeitet, schreiben die

Entwickler endlose Programmcodes und führen zahlreiche Tests durch

MENSCH-MASCHINE Strenggenommen gibt es das seit zehn Jahren. Neu ist diese Technologie also nicht, bei der MonteurInnen beispielsweise die biegeschlaffe Gummidichtung an der Tür anbringen und der Roboter zeitgleich mit einem vorbestimmten Druck die gesamte Leiste nachzieht. Der Mensch findet die richtigen Stellen, um die Dichtung anzubringen, der Roboter ist präziser beim Andrücken – auch bei schrägen Fahrzeug-Geometrien. Digital-analoges Teamwork sozusagen. Marius Rittstieg geht nun einen Schritt weiter. Er koordiniert die Entwicklungsarbeiten für ein völlig neues Robotersystem, das mit einer Kamera und einer künstlichen Intelligenz ausgestattet, einzelne Produktionsschritte nachverfolgt. Wenn beispielsweise das Teil eines Zulieferers in der Montage eingebaut wird, kann es durchaus vorkommen, dass hier minimale Abweichungen in der Bemaßung dieses Bauteils auftreten. Das macht vielleicht beim Einbau noch kein Problem, aber mit jedem weiteren Montageschritt kann dieses unscheinbare Problem wachsen. Der Fehler multipliziert sich sozusagen und sorgt am Ende für eine Fehlfunktion, ein unsauberes Spaltmaß oder einen Lackierfehler. Die Roboterkamera erkennt das Problem sofort und guckt dem Menschen doch bloß dezent über die Schulter. Folgeschäden ausgeschlossen.

MEHR ALS EIN STUDIUM „Da ich gar nicht Robotik studiert habe, hier jedoch tagtäglich mit Steuerungstechnik, Elektrik und Roboterprogrammierung zu tun habe, brauche ich von meinem Studium vielleicht 20 Prozent“, sagt der Ingenieur und ergänzt: „Demgegenüber hilft es mir natürlich, dass ich mich im Studium mit Produktionstechnik und Produktionsmanagement beschäftigt habe, also ein Verständnis dafür habe, wie die Großserienproduktion funktioniert.“ Wer bei einem Automobilkonzern arbeitet, der mit 126.000 MitarbeiterInnen weltweit über 2,5 Millionen Fahrzeuge pro Jahr baut, sollte tatsächlich wissen, wie die Großserienproduktion läuft. Rittstieg weiß es. Er ist der personifizierte Entwurf einer jungen Ingenieursgeneration. Ein völlig authentischer Typ. Ein Teamplayer mit Lust auf Veränderung. Mit ihm zu arbeiten muss einfach Spaß machen. Selbst die Roboter wirken irgendwie nett. Vielleicht ist es ihre Farbe, vielleicht die Leichtigkeit, mit der sie ihre ruhigen Bewegungen ausüben. EinarmRoboter sind ganz offensichtlich nicht nur schlichte Metall-Handlanger, sie können mit so etwas wie Fingerspitzengefühl auch im Team funktionieren. Das mag eine sonderbare Vorstellung sein, bei BMW in München wird daraus Realität.

G U T E AT M O S P H Ä R E Es ist eine beeindruckende Atmosphäre, hier im Versuchslabor. Das Durchschnittsalter der Personen ist wohl kaum höher als 30 Jahre. Es herrscht eine irritierende Ruhe, auf den Computerbildschirmen sind Programmcodes zu erahnen, es riecht nach frischem Kaffee. Zwischendurch bewegt sich irgendwo ein surrender Roboterarm, der kaum länger ist als sein menschliches Pendant. Dazwischen spricht Rittstieg mit dem Entwickler, blickt auf ein Tablet, dirigiert den Roboter. Es ist eine Fachsprache voller Technikvokabeln, die hier jeder wie seine 03

ROBOTIK UND KI

NEXT LEVEL ROBOTIC Schon in naher Zukunft könnten Roboter uns Menschen jeden Wunsch von den Lippen ablesen – oder von den Augen, Gesten und sogar von unseren Gehirnströmen.

TEAMWORK IST ALLES

Erkundungsteams aussehen

Einzelkämpfer sind out – auch in der Welt der Roboter. Nur gemeinsam können autonome Maschinen komplexe Aufgaben in lebensfeindlichen Gebieten wie dem Mars oder Meeresgrund erfolgreich bewältigen.

Das UnterwasserFahrzeug VIATOR des Ozeanforschungszentrums GEOMAR (oben) sowie der Messroboter des KIT (unten) kommen im Rahmen des

ARCHES-Projekts zum Einsatz

Das Karlsruher Institut für Technologie – kurz KIT – ist aktuell am Helmholtz-Projekt ARCHES zur Entwicklung autonomer vernetzter Roboter-Teams beteiligt. Gemeinsam mit Projektpartnern wie DLR, GEOMAR und dem Alfred Wegener Institut stimmen WissenschaftlerInnen unterschiedliche Robotersysteme so aufeinander ab, dass diese autonom und effizient zusammenarbeiten. Teamwork ist hier das Stichwort: Fliegende und schwimmende Drohnen übernehmen die Erkundung von Standorten, andere Einheiten kümmern sich um die Verladung und den Abtransport von Materialien. Solche selbstlernenden Roboter-Teams können unter anderem in der Tiefseeforschung, der Raumfahrt oder zur Unterstützung in Katastrophengebieten eingesetzt werden. Eine „Demo-Mission Space“ ist für 2021 auf dem Ätna geplant. Auch im KIT-Projekt AgiProbot sollen Roboter eng zusammenarbeiten: Hier gestalten IngenieurInnen unterschiedlicher Bereiche ein agiles Produktionssystem, in dem selbstlernende Roboter untereinander und mit dem Menschen zusammenarbeiten, um flexibel auf die Anforderungen der digitalisierten Industrie zu reagieren. Während multisensorische Robotersysteme selbstständig Lösungen für die Verarbeitung unterschiedlichster Bauteile entwickeln, koordinieren mobile KIs den Transport und die digitalen Warenströme. Konkret könnten die Roboterteams zum Beispiel im Bereich Remanufacturing bei der Wiederverwendung von Elektromotoren eingesetzt werden.

Mit Hilfe von VR-Brille, Eyetracker und Exoskelett wird die Auge-ArmKoordination trainiert © DfKI

So könnten Mars-

Das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DfKI) zählt zu den Pionieren bei der Analyse von Gehirnströmen für die Interaktion mit Robotern. Im Juni hat das Zentrum den Startschuss für ein neues Forschungsprojekt gegeben: Bis zum Jahr 2024 soll eine selbstlernende Plattform entwickelt werden, die sowohl aus der Sprache und Gestik, als auch durch Augenbewegungen und Gehirnaktivitäten die Intentionen des Menschen ableiten kann. Das Projekt soll unter dem Titel EXPECT dazu beitragen, die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine natürlicher zu gestalten. Ein Brain-Machine-Interface misst die menschlichen Gehirnsignale und leitet daraus Steuerbefehle für Computer, Maschinen und Roboter ab. Das intelligente System könnte beispielsweise in der Raumfahrt, der Industrie oder auch bei der Rehabilitation von SchlaganfallpatientInnen eingesetzt werden. Roboter könnten so immer mehr zum persönlichen Assistenten von uns Menschen werden.

EINARMIGE ROBOTER IM KRANKENHAUS Kürzlich wurden im dänischen Aalborg zwei Roboter ins Krankenhaus geliefert – nicht als Patienten, sondern zur tatkräftigen Unterstützung des Personals im Blutlabor. Bisher musste jede Probe vom Laborpersonal händisch sortiert werden. Viele der MitarbeiterInnen klagten wegen der monotonen Bewegungsabläufe über Sehnen- und Muskelbeschwerden. Doch 04

ROBOTER PER SPIELCONTROLLER STEUERN

Ausbildung zum Elektroniker für Betriebstechnik, David Schmoor (rechts) eine Ausbildung zum

Elektroniker

Die Auszubildenden der Carl Cloos Schweißtechnik GmbH entwickelten für die Berufsbildungsmesse 2020 in Herborn zwei sogenannte Battlebots. Das sind Roboter, die sich mit einem PlaystationController steuern lassen. Im Interview berichten Jan Golhke (21) und David Schmoor (16) von ihrem Projekt.

Die KUKA-Roboter sortieren in der dänischen Universitätsklinik Aalborg bis zu 3.000 Blutproben täglich

SO SEHEN SIEGER AUS Curly ist ein deutsch-koreanischer Spitzensportler, der in der olympischen Eissportart Curling schon viele Siege gefeiert hat – das Besondere daran: Curly ist ein Roboter.

Entwickelt wurde Curly von WissenschaftlerInnen der Korea University in Zusammenarbeit mit Gastprofessor Prof. Dr. Klaus-Robert Müller, dem Leiter der Arbeitsgruppe Maschinelles Lernen an der TU Berlin. Der innovative Roboter ist darauf spezialisiert, Handlungen in datenarmen Entscheidungsumfeldern und unter Zeitdruck zu planen. Beim Curling spielen zwei Teams auf einer Eisbahn gegeneinander. Ziel ist es, die Spielsteine so nah wie möglich am Mittelpunkt eines Zielkreises zu platzieren. Die strategische Reaktion auf unvorhergesehene Züge des Gegners ist dabei spielentscheidend, daher bildet Curling ein hervorragendes Testumfeld, um die Interaktion von KI mit der realen Welt zu untersuchen. „Wir konnten einen Curling-Roboter mit einem Algorithmus ausstatten, der auf einer Kombination von Deep Learning, Reinforcement Learning und zeitlicher Information beruht“, erklärte Klaus-Robert Müller. So konnte Curly bereits drei von vier offiziellen Spielen gegen menschliche Spitzenteams aus Korea gewinnen. Die Ergebnisse des Forschungsprojekts wurden jetzt auch in der Fachzeitschrift Science Robotics veröffentlicht. Zukünftig könnte die CurlyTechnologie dazu beitragen, dass Roboter und KIs souverän hochkomplexe Probleme in der realen Welt bewältigen können, wie zum Beispiel das selbstständige Fahren von Fahrzeugen.

W I E K A M T I H R A U F D I E I D E E F Ü R DA S PROJEKT? David Schmoor: Wir haben uns gefragt, wie man das Thema Technik für junge Menschen interessant machen könnte. Und weil fast jeder in unserem Alter schon mal einen Spielcontroller in der Hand hatte, kam uns die Idee zu den Battlebots. WA S WA R DA B E I E U R E G R Ö S S T E HER AUSFORDERUNG? Jan Golhke: Das größte Problem war, die Verbindung zwischen dem Controller und dem Arduino Shield herzustellen – da haben wir schon echt lang dran gesessen. David Schmoor: Eine weitere Herausforderung war die Feinjustierung der Battlebots. Wir mussten zum Beispiel genau festlegen, wie weit sich die Roboterarme bewegen lassen und wie viele Achsen dafür genutzt werden. W I E K A M E N D I E B AT T L E B O T S A U F D E R MESSE AN? David Schmoor: Super. Es standen durchgehend Besucherinnen und Besucher bei uns, um die Battlebots einmal selbst auszuprobieren. Wir kamen mit interessierten Jugendlichen ins Gespräch und erklärten ihnen die Funktionsweise der Steuerung. KO N N T E T I H R I M A R B E I T S A L LTAG VO N DEM PROJEKT PROFITIEREN? Jan Golhke: Ich kann meine Erfahrungen aus dem Projekt im Alltag sehr gut anwenden. Besonders das Thema der Ansteuerung von Robotern begegnet mir im Rahmen meiner Ausbildung bei CLOOS immer wieder. U N D W I E G E H T E S M I T D E N B AT T L E B O T S IN ZUKUNFT WEITER?

Jan Golhke (links) macht eine

damit ist jetzt Schluss: Neuerdings übernehmen zwei intelligente Laborroboter die Kontrolle und Sortierung der Blutproben. Die Robotersysteme wurden vom Augsburger Maschinenbauer KUKA entwickelt und verfügen über jeweils einen Greifarm. Mit Hilfe dieses Greifarms öffnen die Roboter die Transportboxen mit den Blutproben, entnehmen die darin enthaltenen Glasröhrchen und sortieren sie für weitere Analysen. Die zwei KUKA-Roboter benötigen pro Transportbox etwa eineinhalb Minuten und prüfen so bis zu 3.000 Blutproben täglich. Das Laborpersonal spart dank der maschinellen Unterstützung viel Zeit und Energie, die sie jetzt für die Analyse der Proben und die Betreuung der PatientInnen nutzen.

Das ganze Interview online über Link oder QR Code s.think-ing.de/cloos

David Schmoor: Wir haben schon überlegt, beispielsweise per 3D-Drucker eine detailgetreue Nachbildung der großen CLOOS-Schweißroboter zu bauen. Auch die Optimierung des Quellcodes wäre sicher spannend. WA S FA S Z I N I E R T E U C H A M T H E M A ROBOTIK? David Schmoor: Mich beeindruckt, dass wir die Roboter ja eigentlich nur mit Einsen und Nullen versorgen und am Ende trotzdem eine Aktion ausgeführt wird. Jan Golhke: Ich finde es faszinierend, wie filigran sich Roboter bewegen können, wenn man sie entsprechend programmiert. Der Bereich Robotik ist für mich das spannendste Berufsfeld überhaupt.

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ROBOTIK STUDIENGÄNGE Im Robotik-Studium dreht sich in den ersten Semestern alles um Grundlagen aus den Bereichen Informatik, Elektrotechnik und Maschinenbau. Im Laufe des Studiums folgt oft ein Praxissemester sowie Vertiefungen beispielsweise in mobiler, industrieller oder maritimer Robotik. Hier findest du eine kleine Auswahl an Studiengängen, in denen du alles rund um Robotik lernst. Natürlich kannst du dich auch auf ein bestimmtes Gebiet spezialisieren. ROBOTIK Bachelor an der Technischen Hochschule Ingolstadt Bachelor an der Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg-Schweinfurt HUMANOIDE ROBOTIK Bachelor an der Beuth Hochschule für Technik Berlin ROBOTICS AND INTELLIGENT SYSTEMS Bachelor an der Jacobs University Bremen

ING _WERDEN INGWERDEN

ROBOTIK UND AUTONOME SYSTEME Bachelor und Master an der Universität zu Lübeck

THINKINGVIDEOS NEUROROBOTIK Master an der Technischen Universität Chemnitz

THINK _ING

ALLE REDEN ÜBER ROBOTER – WIR REDEN MIT IHNEN Jetzt ist alles gesagt – naja, fast alles: Denn was denken die Roboter eigentlich selbst über sich und ihre künstliche Intelligenz? Drei Fragen an vier Chatbots und Sprachassistenz-KIs: H E Y S I R I U N D C O R TA N A , S E I D I H R INTELLIGENT? Siri: Ich strebe danach, eine wirklich intelligente Maschine zu sein. Aber ich lerne immer noch maschinell. Cortana: Intelligent genug, um zu wissen, dass man Null nicht durch Null teilen kann. A L E X A , WA S I S T K Ü N S T L I C H E INTELLIGENZ? Alexa: Im Allgemeinen bezeichnet künstliche Intelligenz, KI oder auch AI: (1) ein Teilgebiet der Informatik, das sich mit dem Schreiben von Computerprogrammen beschäftigt, die kreativ Probleme lösen können oder (2) insbesondere bei Computerspielen eine nachgeahmte Intelligenz, womit durch meist einfache Algorithmen ein intelligentes Verhalten simuliert wird. E L B O T, WA S I S T D E R U N T E R S C H I E D ZWISCHEN MENSCH UND ROBOTER? Elbot: Der virtuelle Unterschied beträgt ungefähr 27 Megabyte. 06

Ist noch nicht der richtige Studiengang oder Studienstandort für dich dabei? Über den Link oder den QR Code findest du noch weitere Informationen zu Robotik-Studiengängen.

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