Vom Weltraum in die Produktionshalle

Flexibel, (teil-)autonom und mit Fingerspitzengefühl – das nun gestar­tete Projekt TransFIT soll Roboter­systemen den Infra­struktur­aufbau im Welt­raum ermög­lichen und Einsatz­optionen im Bereich Industrie 4.0 eröffnen. Die Koope­ration zwischen dem Robotics Inno­vation Center des Deutschen Forschungs­zentrums für künst­liche Intel­ligenz, der Uni Bremen und der Siemens AG wird vom Bundes­minis­terium für Wirt­schaft und Energie mit rund 7,9 Milli­onen Euro geför­dert. Ziel ist die Ent­wick­lung robo­tischer Fähig­keiten, welche die Aus­führung komplexer Montage­arbeiten autonom und zusammen mit dem Menschen ermög­lichen.

Im Mittelpunkt von TransFIT steht die Entwicklung von robo­tischen Lösungen für (teil-)auto­nome Anwen­dungen im Rahmen von Welt­raum­missionen. Aus­gehend von den Ergeb­nissen im DFKI-Trans­fer­projekt TransTerrA, bei dem die Explo­ration und Logistik für den Auf­bau von Infra­struktur auf fremden Planeten betrachtet wurde, liegt in TransFIT nun der Fokus auf dem Auf­bau selbst. Damit ist das Projekt Teil der DFKI Space-Roadmap zur Schaf­fung von Grund­lagen für den Ein­satz von mobilen, auto­nomen Systemen bei der extra­terres­trischen Explo­ration.

Um bei bemannten Missionen, bei denen sich Astronauten auf Planeten, Monden oder Aste­roiden auf­halten, den Menschen nicht unnötig zu gefährden, ist der Ein­satz von robo­tischen Systemen sinn­voll, etwa beim Aufbau von statio­nären Lagern, Unter­ständen und Laboren. Da Roboter komplexe Auf­gaben jedoch nur bedingt auto­nom lösen und sich auch nur bedingt flexibel ver­halten können, ist eine enge Zusam­men­arbeit mit den Astro­nauten not­wendig. Im Zentrum von TransFIT steht daher die Umset­zung eines Koope­ra­tions­szena­rios von Astro­nauten und Robotern, die gemein­sam eine Infra­struktur auf­bauen, wobei sie dabei nach dem Konzept der „Sli­ding Auto­nomie” unter­schied­lich stark inter­agieren, von reiner Tele­opera­tion über Tele­opera­tion mit teil­auto­nomen Funk­tionen und Auto­nomie mit „Ope­rator in the Loop” bis hin zu kom­pletter Auto­nomie. Ziel der Inter­aktion ist aber nicht nur die Auf­gaben­teilung, sondern auch, dass der Roboter aus der Unter­stüt­zung durch den Menschen lernt, um immer auto­nomer agieren und seine Ein­setz­bar­keit und Anpass­bar­keit an die spezi­ellen Anfor­de­rungen opti­mieren zu können.

„Die Roboter sollen Fähigkeiten entwickeln, die es den Systemen grund­sätz­lich ermög­lichen, komplexe Montage­arbeiten, wie Greifen, Halten und Stecken von vor­ge­fer­tigten Kompo­nenten auto­nom oder zusammen mit dem Menschen durch­zu­führen. Eine direkte Koope­ra­tion zwischen Mensch und Maschine ermög­licht eine effek­tive Lösung und Umset­zung von Auf­gaben unter der Nutzung der Stärken beider Betei­ligten und gleich­zei­tiger Kompen­sation der Schwächen“, erklärt Projekt­leiterin Elsa Kirchner.

Voraussetzung für die schnelle Anpassbarkeit des Verhaltens ist die Ent­wick­lung einer ein­fach bedien­baren Steue­rungs­soft­ware, die schnelle Anpas­sungen vor Ort und während einer Mission ermög­licht. So können unvor­her­ge­sehene Montage­leis­tungen, etwa nicht einge­plante Repa­ra­turen wie der Wechsel eines Rades, statt von dem Roboter auto­nom auch in Zusam­men­arbeit mit dem Menschen durch­ge­führt werden. Im Szenario sollen ein Mensch und ein huma­no­ider Roboter zusammen mit mög­licher Unter­stüt­zung durch einen weiteren Astro­nauten über Tele­opera­tion eine Montage­leis­tung erbringen, von der Teil­auf­gaben vom Roboter auto­nom, Teil­auf­gaben von Mensch und Roboter in Koope­ra­tion sowie Teil­auf­gaben tele­ope­riert durch den Menschen mit Hilfe eines Ganz­körper-Exo­skeletts gelöst werden. Des Weiteren wird gezeigt, dass das Ver­halten des Roboters sowohl über ein ein­faches Inter­face zur teil­auto­ma­tischen Erstel­lung von Montage­anlei­tungen als auch durch Lernen von Fähig­keiten aus der Beob­ach­tung des mensch­lichen Ver­haltens spontan und ein­fach ange­passt werden kann. Ein ebenso wich­tiger Bau­stein ist der Ein­satz von Techno­logien, die der Ver­mitt­lung von Inten­tionen dienen, sowohl der des Roboters als auch der des Menschen. Für die Inten­tions­erken­nung beim Menschen werden multi­modale physio­logische Daten genutzt. Die Inten­tion des Roboters wird leicht ver­ständ­lich ver­mit­telt und dient der Akzep­tanz sich autonom ver­hal­tender Systeme.

Neben der Umsetzung des extraterrestrischen Koope­rations­szena­rios zielt TransFIT auf den Trans­fer der im Projekt ent­wickelten Techno­logien in terres­trische Anwen­dungen, konkret in die indus­trielle Ferti­gung und Pro­duk­tion. „Wir ver­folgen das Ziel, die Schlüssel­techno­logie Robotik nicht nur für die Raum­fahrt zu nutzen, sondern auch in indus­trielle Anwen­dungen umzu­setzen. Auf­grund ihrer Robust­heit und Auto­ma­tion ver­fügen robo­tische Raum­fahrt­systeme über ein hohes Trans­fer­poten­zial, sie funk­tio­nieren eigen­ständig sowie ohne Wartung über lange Zeit­räume und Ent­fer­nungen hin­weg“, so Frank Kirchner, Leiter des DFKI Robotics Inno­vation Centers und der Arbeits­gruppe Robotik an der Uni Bremen.

Zu diesem Zweck entwickeln die Projektpartner unter Feder­führung von Siemens und auf Basis der im Projekt erar­bei­teten Lösungen eine hoch­flexible und koope­ra­tive Montage­zelle zur Ferti­gung komplexer Bau­gruppen, etwa von kompakten mecha­nischen oder elektro­mecha­nischen Geräten, die nach heutigem Stand durch rein manuelle Arbeit erfolgen würde. Die Zelle soll in der Lage sein, abstrakte Auf­gaben­spezi­fi­ka­tionen autonom und ohne die Not­wendig­keit einer detail­lierten Pro­gram­mie­rung in Zusam­men­arbeit mit einem mensch­lichen Werker um­setzen zu können.

DFKI / RK