Neue Einsatzgebiete für Roboter

Ausarbeitung zum Seminar Multimedia
von Simone Stropp, Wintersemester 03/04


Abstract

There are only a few developments which revolutionized the working world and influenced people's fantasy as much as robots. Productions with higher quality and relieve of human being were achieved by the use of robots in the industry. Robots are subject again and again of novels and movies in which almost human features and qualities are given to them. But what is reality? What is possible nowadays and what's the trend of tomorrow? Already now robots are to find in many new fields, from medicine, over the exploration of the sea or everywhere where it is too dangerous for human beings. This text deals with some of the new fields and it is supposed to give an insight what will be possible one day.

1. Motivation

Es gibt nur wenige Entwicklungen, die die Arbeitswelt so revolutionierten und die Phantasie der Menschen so beeinflusst haben wie Roboter. Durch den Einsatz der Roboter in der Industrie wurden Produktionen beschleunigt, die Qualität verbessert und der Mensch entlastet. Gleichzeitig waren und sind Roboter immer wieder Gegenstand von Romanen und Filmen, in denen ihnen fast menschliche Züge und Eigenschaften gegeben werden. Aber wie sieht es mit der Realität aus? Was ist heute schon möglich und wohin geht der Trend? Bereits jetzt werden Roboter in vielen neuen Bereichen eingesetzt, sei es nun in der Medizin, in der Meeresforschung oder überall dort wo es für den Menschen selber zu gefährlich ist. Dieser Text beschäftigt sich mit einigen der neuen Einsatzgebieten von Robotern und soll einen Einblick geben, was künftig noch möglich sein wird.

2. Einführung

Der Begriff "Roboter" lässt sich zurückführen auf das Theaterstück R.U.R. (Rossum´s Universal Robots) des tschechischen Schriftsteller Karel Capek aus dem Jahr 1921 und bedeutet im Tschechischen erzwungene Arbeit oder Sklave. Jeder hat schon einmal Roboter gesehen, aber was ist die eigentliche Definition eines Roboters? Ab wann ist eine Maschine ein Roboter? Hierzu gibt es verschiedene Definitionen:

2.1. Was ist eigentlich ein Roboter?

Einfache Antwort:
Ein Roboter ist eine Maschine, die sich mit Motoren bewegen kann. Die Bewegungen werden durch ein Computer-Programm gesteuert. Zusätzlich können Sensoren zum Sehen, Hören, Fühlen usw. angebracht sein. Damit nimmt der Roboter seine Umgebung wahr:

Offizielle Antwort nach VDI-Richtlinien (Nr. 2860):
"Ein Roboter ist ein frei und wieder programmierbarer, multifunktionaler Manipulator mit mindestens drei unabhängigen Achsen, um Materialien, Teile, Werkzeuge oder spezielle Geräte auf programmierten, variablen Bahnen zu bewegen zur Erfüllung der verschiedensten Aufgaben." (VDI, 1990)

Antwort von Roboter-Experten:
"Roboter sind sensumotorische Maschinen zur Erweiterung der menschlichen Handlungsfähigkeit. Sie bestehen aus mechatronischen Komponenten, Sensoren und rechnerbasierten Kontroll- und Steuerelementen. Die Komplexität eines Roboters unterscheidet sich deutlich von anderen Maschinen durch die größere Anzahl von Freiheitsgraden und die Vielfalt und den Umfang seiner Verhaltensformen." (Aus: Thomas Christaller et al. (2001) Robotik. Perspektiven für menschliches Handeln in der zukünftigen Gesellschaft. Springer. Berlin/Heidelberg/New York.)

2.2. Exkurs: Humanoide Roboter

2.2.1. Roboter die auf zwei Beinen gehen

Gehen mit zwei Beinen ist eines der schwierigsten Probleme in der Roboterentwicklung aber dennoch zwingen notwendig, denn unsere Umwelt ist für Menschen mit zwei Beinen gemacht: überall gibt es Treppen und Hindernisse, die man nur mit zwei Beinen überwinden kann. Wenn wir uns Roboter zu Nutze machen wollen, so müssen sie diese Hindernisse überwinden können und sich unserer Welt und damit unserem natürlichen Körper anpassen. Zu dieser Anpassung müssen die Entwickler sich der Bionik bedienen, also das Verhalten der Natur kopieren.
Der Roboter WABOT1, aus dem Jahr 1973 ist der erste Roboter der Welt,der wie ein Mensch aufrecht gehen kann.

Abbildung 1: WABOT 1 Abbildung 2: WABOT 2

Er hat eine Steuerung für seine Glieder, kann sehen und sich auf Japanisch unterhalten, hat also künstliche Augen, Ohren und Mund. Außer dem kann er schon greifen und Gegenstände transportieren. Er wird über Kabel computergesteuert. Nachfolger von WABOT 1 sind WABOT2, P1, P2, P3 und zuletzt ASIMO, alle entwickelt von der Firma HONDA.


Abbildung 3: P1


Abbildung 4: P2 und P3 im Vergleich

P2 war der erste Roboter mit Selbststeuerung. P3 hat eine Selbststeuerung gegen Umfallen und Funkfernsteuerung für diverse Tätigkeiten. Seit P3 können alle Roboter nicht nur auch auf ebenem Boden gehen, sondern sogar Treppen hinauf und hinuntergehen. Die Computer-Steuerung zur Stabilisierung ist im Rucksack eingebaut, die Bewegungsbefehle werden per Funk übermittelt.


Abbildung 5: Asimo

Der Roboter PINO von Sony hat 26 Motoren, 16 Kraftsensoren an den Füßen, einen Sensor zum feststellen ob er steht oder liegt. PINO kostet ca. 75.000 €.


Abbildung 1: PINO von Sony

Auch die Roboter-Zwerge SDR3X und SDR4X gehören zu den Entwicklungen von Sony:

Abbildung 6: SDR3X tanzt Abbildung 7: SDR4X

Der neue "QRIO" von Sony ist der erste autonome, mit Akku und internem Steuersystem ausgestattete humanoide Roboter, der nicht nur gehen, sondern auch rennen und springen kann. Dies ist nur möglich, da Sony eine neue Technik emtwickelt hat, die auch schnelle, stabile Bewegungen bei kurzzeitigem Verlust des Bodenkontakts beider Beine ermöglicht. Die neue "Lauf-, Sprung- und Renn-Bewegungs-Kontroll-Technik" und die dafür mit höherem Drehmoment ausgestatteten Roboter-Servos ("ISA" bzw. "Intelligent Servo Actuator") und ein neuer für Rennbewegungen geeigneter Körper sollen den Roboter mit außergewöhnlichen Bewegungsmöglichkeiten ausstatten. Das Vorgänger-Modell SDR-4X ist noch gezwungen, mit ständigem Bodenkontakt verhältnismäßig langsam durch die Gegend zu wackeln. Noch ist der rennende QRIO zwar nicht marktreif - es gibt bisher nur Prototypen -, doch Sony hat angekündigt, die Technik in künftigen Unterhaltungsrobotern einsetzen uu wollen.

Abbildung 8: SDR4X mit Frau     Abbildung 9: QURIO - kann rennen

Auch in Deutschland entwickelt man humanoide Roboter die laufen können, zum Beispiel JOHNNY oder H6 entwickelt an der Technischen Univerität München.

Abbildung 10: Johnny Abbildung 11: H6

2.2.2. Forschungsroboter

Daneben gibt es noch Roboter die zwar menschenähnlich sind aber nicht laufen können und Forschungszwecken dienen.

Zum Beispiel COG vom berühmten MIT (Massachusetts Institute of Technology) kann zwar (noch nicht) gehen, hat aber unglaublich geschickte Arme und Hände, die mit Tastsensoren ausgestattet sind. Er kann mit seinen beweglichen Video-Augen komplizierte Bewegungen überwachen und mit Tüchern, Bechern und Federn spielen. Er ist per Kabel mit seinem Steuercomputer verbunden und dient der Erforschung des Zusammenspiels von Auge und Hand.

Der Roboter HADALY ist ebenfalls ein menschenähnlicher Roboter. Er wurde 1995 in der Waseda University, Tokyo, Japan entwickelt. Er dient der Erforschung der Verstän digung von Roboter und Mensch. Obwohl diese Version von HADALY noch nicht mit Beinen geht (er fährt auf Ketten, so weit das Kabel zulässt) hat er einige Fähigkeiten: Er kann den Kopf mit den Augen kontrollieren und sich so seinem Gesprächspartner zuwenden. Er kann mit Besuchern auf Japanisch sprechen und antworten. Er kann mit den Armen verschiedene Richtungen zeigen und so den Weg in der Universität erklären. Er hat Hände mit vier Fingern. Der Name HADALY stammt aus einem Roman des französischen Autors Villiers de I'Isle-Adam aus dem 19. Jahrhundert. Hier spielt HADALY, ein von Menschen geschaffenes Wesen eine wichtige Rolle.

Abbildung 12: COG Abbildung 13: HADALY

2.2.3. Entertainment-Roboter

Dann gibt es noch die menschenähnlichen Roboter, die lediglich der Unterhaltung dienen und auch nicht laufen können, wie zum Beispiel ein Roboter mit dem Namen "Greenman", der 1988 von der amerikanischen Firma Sparwar in San Diego entwickelt wurde, ist über eine Kabelverbindung und eine Steuerung mit einem Menschen verbunden. Die Bewegungen des Menschen werden so auf ihn übertragen und er kann sie nachmachen. Es gibt auch einige weibliche Entertainment-Roboter wie "Monrobot" oder "Cynthia. "Monrobot" ist ein weiblicher Entertainment-Roboter, der Marilyn Monroe darstellen soll und "Cynthia" serviert in "Cynthias Cyberbar" unter der London Bridge Cocktails.

2.2.4. Roboterköpfe

Wozu braucht ein Roboter einen Menschenkopf? Wie jeder Roboter, so löst auch der Roboter-Kopf ein Problem: Die Verständigung zwischen Mensch und Maschine. Auch der technisch perfekte Roboter kann Menschen nicht helfen und ist völlig nutzlos, wenn die Menschen ihn nicht mögen, nicht akzeptieren und verstehen - oder sogar Angst vor ihm haben. Dann wollen Menschen nichts mit ihm zu tun haben, auch wenn er nichts Böses will und ergeben zu Diensten steht. Keine Angst: Weil wir vor Dingen weniger Angst haben, die so ähnlich sind wie wir, die so sprechen, so aussehen und sich so mitteilen können wie wir, versuchen die Forscher und Konstrukteure die Roboter den Menschen anzugleichen. Dann haben wir weniger Angst, verstehen die Roboter und spielen und unterhalten uns sogar mit ihnen. Roboter-Köpfe können verschiedene Aufgaben erfüllen. Der Roboter soll sich seiner Umwelt verständlich machen, sich ausdrücken können und Gefühle zeigen. Verstehen können, d.h. sehen, hören, riechen, usw. Das alles sind Fähigkeiten, die zu einem "richtigen" Gespräch zwischen Roboter und Mensch notwendig sind. Zum einen werden die menschlichen Ausdrucksmöglichkeiten mit möglichst vielen Gesichtszügen nachgeahmt. Dafür braucht er viele künstliche "Gesichtsmuskeln", also Motoren. So kann sich der Gesichts-Roboter ohne Worte verständlich machen, indem er ein fröhliches, trauriges, neugieriges usw. Gesicht macht. Das hat den Vorteil, dass diese Gesichtsausdrücke von allen Menschen aus allen Ländern und Sprachen verstanden werden. Man braucht nichts zu übersetzen. Auch taube Menschen verstehen Gesichtsausdrücke. Wenn der Roboter-Kopf selbst sehen oder hören soll, muss er mit Sensoren ausgestattet sein.

Am Massachusetts Institute of Technology (MIT) bringen die Wissenschaftler den Maschinen emotionale Reaktionen bei. Das von ihnen erschaffene Robotergesicht Kismet bewirkte in Versuchen so etwas wie eine soziale Kommunikation, indem es mit Lippen, Glupschaugen und beweglichen Ohren Gefühle simulierte. Kismet konnte an der Sprachmelodie eines Menschen auch erkennen, ob das Gegenüber freundlich oder schlecht gelaunt auf ihn einredete. Dabei nahm es seine Umgebung über Kameras und Mikrofone wahr - 17 angeschlossene Computer bildeten sein "Gehirn", das es ihm ermöglichte, aus Erfahrungen zu lernen. Kismet steht heute im MIT-Museum - er hat Platz gemacht für seinen Nachfolger Leonardo, der schon einen Körper sowie Arme, Beine und eine Haut hat. Er ahmt menschliche Gesichtszüge nach wie Kismet, kann aber darüber hinaus gestikulieren und unter anderem mit den Schultern zucken. Kismet kann auch hören und Sprache von Menschen erkennen und darauf reagieren. KISMET ist ein eigenes Wesen, bei dem es nicht auf möglichst große Ähnlichkeit zu wirklichen Menschen ankommt.

Abbildung 14: Kismet Abbildung 15: Kismet mit Frau

Der Gesichtsroboter MARK II von der der Waseda-Universität in Tokio soll - im Unterschied zu KISMET die Gesichtszüge des Menschen möglichst genau nachmachen. Daher hat er eine Verkleidung, eine "Haut" aus weichem Silikon und Haare. Sie sollen die Stirn runzeln, lächeln und sprechen lernen. Hinter der Gummihaut ersetzen kleine Elektromotoren die Muskeln und sorgen für Mimik. Ein Gummilappen als Zunge, der für sich allein schon sechs Motoren braucht, bringt in dem künstlichen Mund bereits lallende Geräusche zustande. Die Köpfe reagieren auch auf Reize von außen: Pustet man ihnen mit dem Föhn heiße Luft ins Gesicht, verziehen sie es zu einer ärgerlichen Grimasse.

Abbildung 14: Mark II    Abbildung 15: ohne Haut u. Schädel

3. Neue Einsatzgebiete für Roboter

3.1. Roboter als Wachpersonal

3.1.1. Gebäudeüberwachung mit dem MOSRO

Das Berliner Unternehmen Robowatch Technologies GmbH verkauft Wachroboter. Einer davon ist der MOSRO (MObiles Sicherheits-ROboter-System). Er ist für den Einsatz in großflächigen Gebäuden wie zum Beispiel Fabrik- oder Messehallen gedacht. Er ist etwa 150 cm hoch, hat die Form eines Zylinders und oben einroten Warnlicht. Der Preis liegt bei 15.000 EURO.

Während seines Einsatzes fährt der Roboter eine Reihe vordefinierter Wegmarken ab und überträgt Bilder und Sensordaten zu einer Zentrale. Wenn seine Sensoren verdächtige Bewegungen melden, richtet er die Kamera in diese Richtung und fordert den unbekannten Eindringling zur Identifikation auf - beispielsweise per Fingerabdruck-

Abbildung 14: Mark II    Abbildung 15: ohne Haut u. Schädel

Sensor oder Chipkarte. An einem zentralen Kontrollrechner sitzt ein Wachmann, der dann über die Gefahrensituation entscheiden und die notwendigen Schritte einleiten muss. Ausgerüstet ist die Maschine mit Ultraschallsensoren für den Nahbereich und die Navigation, Infrarotsensoren, die einen Bereich zwischen zwölf und 20 Meter abtasten, einem Radar, das eine Bewegtzielerkennung" realisiert für Ziele, die weiter als 30 Meter entfernt sind, einer CCD-Kamera und einem "optisch- akustischen Signalsystem", wie Sirene und Blinklicht im Prospekt genannt werden. Im Inneren des Roboters arbeitet ein Industrie- PC mit einem auf 800 MHz getakteten Crusoe-Prozessor unter Red Hat Linux 7.0. Bei einer Geschwindigkeit von ungefähr vier km/h hat der MOSRO eine Betriebsdauer von bis zu 18 Stunden. Danach, danach kann er selbsttätig eine Ladebox ansteuern. Kamerabilder und Statusmeldungen überträgt die Maschine per drahtlosem Netzwerk an einen PC, auf dem der "Zentralist" bis zu 20 seiner mechanischen Nachtwächter überwachen kann. Um das System für potenzielle Eindringlinge weniger berechenbar zu machen, legt MOSRO ab und an eine zufällig ausgewürfelte Pause ein. Bei der Navigation verlässt sich der Roboter nicht auf eigens montierte Wegmarken, sondern auf das Ultraschall-Profil verschiedener Wegpunkte, die das Wachpersonal dem Roboter auf einer ersten Einarbeitungstour per Fernbedienung "teacht". Zwischen diesen Wegpunkten protokolliert er Bewegungsrichtung und zurückgelegte Entfernung; außerdem kann man eine Grundrissdatei (DXF) auf den Roboter herunterladen. Für die verschiedensten "Objektszenarien", das heißt beispielsweise "Flurbefahrungen in Bürogebäuden", verfügt die Maschine über eine Reihe vordefinierter Fahrmanöver, die man ebenfalls per Fernbedienung programmieren kann.


Abbildung 16: Zwei MOSRO in Ladenpassage

Was die Sicherheit betrifft, so wird im MOSRO-Handbuch empfohlen, die MAC-Adressen der in die Roboter eingebauten Netzwerkkarten auf dem Zentral-PC zu registrieren, um zu verhindern, dass sich fremde Rechner in das WiFi-Netz einbuchen. Auf Portscans reagiert das System mit Alarm - die wenigen offenen Ports werden von einem Programm permanent auf ungewöhnlichen Datenverkehr überprüft. Dennoch ist auch hier keine vollständige Sicherheit gewährleistet:
Die WLAN-Kommunikation des Roboters wird nicht zwingen über WEP (Funk-LAN-Verschlüsselung) verschlüsselt, was bedeutet das die Befehle in den Datenströmen unter Umstanden in Klartext vorliegen. Deshalb wäre neben dem einfachen Belauschen der Verbindung bei einem nicht sauber konfigurierten System, theoretisch auch ein Hijacking der Verbindung zwischen dem MOSRO möglich, so dass ein elektronischer Einbrecher den Roboter selbst fernsteuern könnte Eingesetzt wir der MOSRO z.B. in den Berliner Messehallen, bei BASF oder BMW oder bei DaimlerChrysler - unter anderem um dort regelmäßig ein aktuelles Temperaturprofil im Serverpark zu erstellen.

Die Vorteile eines Wachroboters gegenüber menschlichem Wachpersonal sehen die Käufer des MOSRO in den Kosteneinsparungen: Da die überwachten Gebäude nachts durch den Einsatz der Roboter nicht beleuchtet werden müssen, können enorme Stromkosten eingespart werden. Auch liegt der Stundenlohn eines Wachmannes deutlich über den stündlichen Kosten, die der MOSRO verursacht.

3.1.2. Der MOSRO für Zuhause

Robowatch Technologies bietet auch den ersten Wachroboter für den Heimgebrauch an. Der rund 28,5 cm hohe sowie 8 cm breite und tiefe Bewachungsroboter bewegt sich auf einprogrammierten Bahnen, soll über einen Bewegungsmelder Einbrecher oder Aktivität im Haus registrieren, kann aber zur Fernüberwachung auch selber gesteuert werden und Bilder liefern. Der Mosro Mini verfügt in der Basisausstattung über eine Kamera (640 x 480 Bildpunkte), Bewegungsmelder, einen Wärmesensor mit einem Radius von 12 m, eine Alarmsirene und eine Sprachausgabe. Nachgerüstet werden können Gas- und Rauchmelder. Erfasst der Mini-Wachroboter eine potenzielle Gefahr im Haus, schlägt er Alarm und informiert den Besitzer oder die Notrufzentrale, ruft beim Nachbarn an, schickt eine SMS oder sendet Bilder per DECT an die mit dem PC verbundene Basisstation, ans Handy oder den PDA senden, oder eine Notrufzentrale - damit dies allerdings auch ohne Kabelverbindung (Seriell RS232) abseits der Docking Station möglich ist, muss der Mosro Mini um ein DECT-Modem (115 Kbaud) erweitert werden. So wird per Computer oder PDA auch die direkte Funkfernsteuerung des Mini-Roboters sowie das "Fernbetrachten" der Umgebung möglich. Die Kamera liefert über die langsame DECT-Verbindung allerdings nur drei Bilder pro Sekunde.


Abbildung 17: Der Mosro Mini im Haus

Drahtlos fährt der Mosro Mini vorprogrammierte Routen ab, wenn er nicht ferngesteuert wird, hält aber mit seinem Lithium-Ionen-Akku nur sechs Stunden durch. Er kann zwar so programmiert werden, dass er zur auch als Ladestation fungierenden Docking-Station zurückfindet, allerdings kann er sich nicht alleine damit verbinden. Eine Rund-um-die-Uhr-Überwachung gelingt dem Mosro Mini also nur, wenn er stationär betrieben wird. Die Docking-Station wird per USB an einen Windows-PC angeschlossen. Die Steuerungssoftware läuft unter Windows mit einer frei verfügbaren Entwicklungsumgebung, später soll sie auch für Mac oder Linux erhältlich sein.

Herz und Hirn des Mosro Mini sind ein 40-MHz-ARM-Thumb-Prozessor, 2 MByte SDRAM, 256 KByte Flash-Speicher und 512 KByte statisches RAM. Verschiedene analoge und digitale Schnittstellen - unter anderem ein serieller SPI/I2C-Erweiterungsbus - erlauben die Programmierung bzw. den Anschluss weiterer Komponenten. Die Fortbewegung erfolgt mittels dreier Rollen auf ebenem Boden; Treppen oder starke Steigungen kann der Mosro Mini nicht überwinden.

3.1.3. Outdoor-Überwachung mit dem OFRO

Noch in diesem Jahr will Robowatch außerdem mit dem Roboter OFRO eine "Outdoor-Version" mit Kettenantrieb herausbringen, die speziell auf die Überwachung von Freigelände bei jedem Wetter zugeschnitten sein soll. OFRO soll künftig zum Schutz von Industrieanlagen, Großbaustellen, Hafenanlagen, Lagerflächen, Militäranlagen und anderen Zweckbereichen eingesetzt werden. Die Firma Robowatch sieht einen gr0ßen Bedarf an Überwachungssystemen für Baustellen, da sich die Diebstähle von Baumaschinen bereits zwischen 1993 und 1997 verdoppelt haben und der gesamtwirtschaftliche Schaden der daraus resultiert, jährlich zwischen 0,5 und 1 Milliarde Euro liegt.


Abbildung 18: Der OFRO zur "Outdoor-Überwachung"

Der OFRO ist mit einem schlag- und wetterfesten Gehäuse ausgestattet und mit zwei Elektromotoren ausgerüstet. Über seinen Kettenantrieb erreicht der Roboter eine Geschwindigkeit von 2 Metern pro Sekunde, überwindet so auch Unebenheiten im Gelände und ist deutlich wendiger als Reifenfahrzeuge. Mit einem Gesamtgewicht von 50 kg soll er bis zu zwölf Stunden schnurlos auf Streife gehen können. Er hält nach Herstellerangaben Temperaturschwankungen von minus 15 Grad bis 50 Grad Celsius stand. Über den 360 Grad drehbaren Sensorkopf mit integrierter Wärmebildkamera erkennt der OFRO Personen und Ereignisse bei Nacht und Nebel, Regen und Schnee - bis zu einer Entfernung von 100 Metern. Für die punktgenaue Navigation sorgen der Onboard-DGPS-Empfänger und zwei Korrekturdatenempfänger. Die Kommunikation des Roboters wird über GSM und WLAN geleistet. Das Gerät ist mit einem SMS-Informations- und Fernwartungssystem ausstattbar. Alle relevanten Daten zur Einschätzung der Gefahren- bzw. Alarmsituation werden direkt in eine Leitzentrale übermittelt. Der OFRO kostet in der Grundausstattung ca. 50.000 Euro. Für spezielle Anlagen kann er mit zusätzlichen Kontrollmodulen, etwa zur Identifizierung von Chemikalienspuren oder Schäden an unterirdischen Gasleitungen, ausgestattet werden. Im nächsten Jahr soll dann eine vierbeinige Laufmaschine, die sich auch durch unebenes Gelände bewegen kann, das Angebot der Firma Robowatch abrunden.

3.1.4. Wachhund "Banryu"

Die japanische Firma tsmuk hat zur Überwachung den Roboter "Banryu" auf den Markt gebracht primär auf den inländischen Markt zu konzentrieren. Banryu heißt soviel wie "Wachdrache". Er soll wie ein Wachhund auf das Haus aufpassen. Das 100cm lange Ungetüm erinnert an eine urzeitliche Echse mit futuristischem Touch. Seine Umgebung scannt der Roboter mit Infra-Rot-, Schall- und Temperatursensoren. Die Herstellerfirma Tmsuk hat in Zusammenarbeit mit New Cosmos Electric sogar einen völlig neuen Geruchs-Sensor entwickelt, mit dem der Banryu selbst leicht verbrannten Geruch wahrnehmen und Alarm schlagen kann. Der Preis liegt bei ca. 17.000 Euro


Abbildung 19: Wachhund Banryu

3.2. Roboter im Haushalt

Auch im Haushalt sind Roboter auf dem Vormarsch. Ein Beispiel der Staubsauger Trilobite. Trilobite ist der erste vollautomatische Staubsauger der völlig selbstständig die Wohnräume reinigt - mit beinahe grenzenloser Bewegungsfreiheit, denn kein Stromkabel behindert ihn. Seine Energie kommt aus einem leistungsstarken Nickel-Metall-Hybrid-Akku. Auf Knopfdruck verlässt Trilobite seine Ladestation. Sein Navigationssystem erfasst den Grundriss des Raumes, ein eingebauter Mikroprozessor in sekundenschnelle die Reinigungsdauer. Entdeckt einer der 9 Ultraschall Sensoren während der Reinigung ein Hindernis, wird es umfahren. Trilobite arbeitet mit nur 76 Dezibel Geräusch besonders leise. Er gelangt Trilobite unter Betten und Schränke, wenn diese nicht niedriger als 16 cm sind.


Abbildung 20: Staubsauger Trilobite

Trilobite hat eingebaute Stoßdämpfer, Einzelradaufhängung und 8,5 cm Ř große, rutschfeste Profilräder lassen ihn jede Teppichkante und jedes Kabel überwinden. Nur die 1 cm breiten selbstklebenden Magnetstreifen begrenzen auf Wunsch sein Arbeitsfeld und schützen Trilobite vor Treppenstürzen. Der Staub sammelt sich in der 1,2 l großen Staubkassette. Trilobite kennt auch den Weg zu seiner Ladestation. Nach getaner Arbeit oder wenn sein Akku aufgeladen werden muss fährt Trilobite selbstständig zu seiner Ladestation, um Energie zu tanken. Zwei Stunden genügen und er ist wieder einsatzbereit für eine Stunde gründliches saugen. Trilobite setzt seine Arbeit ganz von alleine fort, wenn er nicht fertig geworden ist. So reinigt er Räume bis ca. 40 m².


Abbildung 21: Ladestation Trilobite

Es gibt 3 Reinigungsprogrammen: Im Normalmodus erfasst Trilobite den Grundriss und errechnet die Reinigungsdauer. Im Quickmodus verzichtet Trilobite zugunsten einer schnelleren Reinigung auf die Raumerfassung. Im Spotmodus reinigt Trilobite eine Fläche von ca. 1 m² zweimal hintereinander. Auf dem LC-Display kann man die Ladekapazität, den Status des Staubbehälters sowie das gewählte Programm ablesen. Er ist 13 cm hoch, hat einen Durchmesser von 35 cm und wiegt 0,8 kg. Der Preis liegt bei 1599 EUR.

Auch Asimo soll einmal ein Haushaltsroboter werden, der einem manche Last im Alltag abnimmt. Wenn er etwas Schweres trägt, kann er das über seinen Schwerpunkt ausgleichen. Der 1,20 Meter große Asimo selbst wiegt noch 52 Kilogramm, wird aber auf 30 Kilogramm oder noch weniger abgespeckt. Dann soll er springen und noch schneller rennen lernen (derzeit schafft er 1,6 Kilometer pro Stunde) - und intelligenter werden. Über das technische Innenleben Asimos schweigt Honda sich noch aus, wie überhaupt die meisten Roboterforscher die Funktionsweise ihrer Kreaturen nicht so gern offenbaren. Bekannt ist aber, dass der in Weiß gehaltene Roboter 26 "Freiheitsgrade", also Gelenke besitzt - so viel hat der Mensch allein schon in einer Hand. Asimo kann seitlich gehen, Treppen steigen, sich in Zeitlupe bewegen und eine Schräge rauf oder runter gehen, ohne umzufallen. Wenn man ihn anschubst, bringt er sich selber wieder ins Gleichgewicht. Im Honda-Zentrum bei Tokio steht er gern mal am Eingang, nimmt Gäste in Empfang und bringt sie zu ihren Gesprächspartnern. Zu diesem Zweck kann er Gesichter wieder erkennen und ein paar einfache Sätze sprechen ("Hier entlang bitte") und verstehen.


Abbildung 22: Asimo am Empfang bei Honda

Der japanische Hersteller Matsushita arbeitet an Robotern die beim Einkaufen helfen oder Hausfrauen in Zukunft Näharbeiten abnehmen.

Abbildung 23 und 24: Studien der Firma Matsushita

3.3. Roboter als Spielzeug

n Japanischen Kinderzimmern haben die Roboter schon lange Einzug gehalten. In Japan gibt es Roboterbabys, Roboterkatzen, Roboterfische, Roboterquallen, Robotervögel, Roboterkrabben, Roboterhamster und und und. Das berühmteste Beispiel ist wohl der Roboter-Hund Aibo von Sony. Aibo kostete bei der Markteinführung 1999 umgerechnet 2500 Euro. Dafür kriegt man schon einen Rassehund samt Stammbaum, trotzdem gingen in Japan die ersten 3000 Stück innerhalb von 20 Minuten über den Ladentisch. Nach sechs Monaten war die erste Auflage von 45000 Stück ausverkauft. Aibo kann mit einem Ball spielen, Fotos machen und Gefühle, etwa Freude, imitieren. Aber dass etwas einen Namen hat, bedeutet noch nicht, dass es lebt. Bald kommt Aibo in der dritten Generation auf den Markt. Der neue AIBO ERS-7 "denkt" schneller, befolgt mehr Sprachkommandos und erkennt Kanten. Im Vergleich zu seinen Vorgängern hat dieser einen schnelleren Prozessor, doppelt so viel Speicher und eine höher auflösende Kamera.

Zum Einsatz kommt nun ein mit 576 MHz getakteter 64-Bit-RISC-Prozessor, der auf 64 MByte SDRAM zugreifen kann, die Software wird wie gehabt von einem eingesteckten Memory Stick geladen. Überarbeitet wurde beim AIBO ERS-7 auch die Schnauze: Die schon beim ERS-220 eingeführten Status-LEDs wurden verbessert und werden nun marketingträchtig als "Illume-Face"-Funktion beworben. Der Sinn ist jedoch der gleiche geblieben, da AIBO darüber weiterhin Gefühle und Emotionen simuliert sowie Funktionskonditionen zeigt.


Abbildung 25: Neueste Variante des Roboters-Hundes Aibo

Dank der auf einem 32-MByte-Memory-Stick mitgelieferten Software "AIBO Mind" kann der überarbeitete AIBO etwas besser auf Sprachkommandos und per Sensoren erfassten Berührungen reagieren. So werden nun 180 verschiedene Sprachkommandos verstanden, die Vorgänger schafften nur knapp die Hälfte davon. Eine neu hinzugekommene Mustererkennung erlaubt es auch, mittels 15 verschiedener, vor die Kamera des Roboters zu haltenden, kreditkartengroßen AIBO-Kärtchen Befehle, Einstellungs- und Modus-Veränderungen zu übermitteln. Diese Technik erlaubt es dem ERS-7 erstmals, seine entsprechend markierte Ladestation zu erkennen und sich bei schwachem Akku selbsttätig aufzuladen. Drei neue Infrarot-Entfernungs-Sensoren - zwei in der Schnauze und einer in der Brust - helfen dem überarbeiteten AIBO, sich besser in seiner Umgebung zurechtzufinden und Wände sowie Hürden zu meiden. Mit dem in der Brust steckenden Sensor lassen sich zudem Kanten besser erkennen und das Risiko vermindern, dass AIBO aus größerer Höhe herunterfällt. Mit dem neuen integrierten WLAN-Adapters kann der ERS-7 von Hause aus mit dem PC ferngesteuert und Kamerabilder empfangen werden. Neu ist, dass per Internet bzw. Web-Browser nun auch Updates auf den AIBO Mind Memory Stick kopiert werden können - das soll aber erst ab der Verfügbarkeit des separat zu erwerbenden "AIBO Custom Manager" (ACM) möglich werden. Sonys AIBO ERS-7 kostet in den USA rund 1.600 US-Dollar, umfasst WLAN, die AIBO Mind Software, eine Ladestation, einen Akku, 15 AIBO-Cards, einen Spielzeugknochen namens "AIBOne" und einen rosafarbenen Ball.

3.4. Pflege-Roboter

In Japan sind die Spielzeuge nur die Anfang. Vor allem dort begrüßt man die Anwesenheit aller künstlichen Wesen im Alltag und behandelt sie wie Kreaturen mit Geist. Schon in den Fabriken gab man dort den Robotern oft Namen und ließ sie sogar gelegentlich von Priestern weihen. Aber in Japan ist sowieso alles anders. Das Land ist ein günstiger Lebensraum für Roboter, weil man hier ein Faible fürs Automatische hat. Hier gibt es unzählige Automaten aus denen man alles Mögliche ziehen kann wie z.B. Regenschirme oder sogar gebrauchte Damenschlüpfer. Viele Automaten sind mit Zentralen vernetzt und melden von selbst, wenn sie leer sind. Es gibt Computertoiletten, die die Klobrille vorheizen, den Allerwertesten waschen und anschließend trocknen und nebenbei noch den Urin auf seinen Zuckergehalt überprüfen. Toiletten, die mitdenken und Musik oder Naturgeräusche einspielen, um peinlichere Geräusche zu übertönen. - und all das in einem Land, in dem die meisten Waschmaschinen nur mit kaltem Wasser laufen.

Die Philosophie der japanischen Roboterentwickler ist deswegen: Wer als Kind mit den Maschinen aufwächst und später als Erwachsener damit lebt, lernt sie zu akzeptieren, hat keine Vorbehalte gegen Serviceroboter im Haushalt und lässt sich im Alter auch gern von Robotern pflegen. Denn genau das ist die Tendenz in Japan: in der überalterten Gesellschaft sollen die Maschinen Pflegeaufgaben übernehmen. Roboter, die Menschen helfen sind in Japan die Zukunft.

Erste Roboter, die die Grenze zwischen Spielzeug und Pflegeroboter bereits überschreiten, sind schon entwickelt. Die Katze des japanischen Matsushita-Konzerns heißt Tama und erinnert ihre Besitzer an die Einnahme von Medikamenten. Der japanische Robotiker Toshio Fukuda will einen Dackel für Senioren bauen, der über Funk einen Arzt verständigt, wenn er länger nicht gestreichelt wurde oder die Toilettenspülung nicht mehr gehört hat. Rosie, ein britischer Robohund, kann über eine Manschette am Arm seines Herrchens dessen Blutdruck, Puls und Körpertemperatur messen und im Notfall einen Arzt anrufen. Fujitsu Laboratories entwickelt derzeit einen kleinen Roboter zur Überwachung des eigenen Zuhauses bzw. Büros, der Kontrolle von pflegebedürftigen Personen und der Steuerung von Haushaltselektronik. Der Prototyp des Maron-1 getauften Heimroboters ist dazu mit Telefon, Kamera, Sensoren, Zeit- und Fernsteuerung ausgestattet.


Abbildung 26: Der Maron-1 ist Wach- und Pflegeroboter

In japanischen Krankenhäusern sollen Roboter in Zukunft Patienten beim Essen helfen. Es laufen bereits Tests an Stoffhasen.


Abbildung 27: Test eines Pflege-Roboters

3.4.1. Der Pflege-Roboter "Care-O-Bot"

In Deutschland hat das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung Care-O-Bot entwickelt, der inzwischen in der zweiten Generation gebaut wird: Der Roboter kann sich mithilfe von Kameras in der Wohnung orientieren und erzeugt in seinem "Kopf" mittels Laser eine Karte seiner Umgebung. Er versteht bereits einfache Befehle wie "Geh in die Küche" und soll, wenn er einmal ausgereift ist, vor allem alten und kranken Menschen helfen, länger in ihrer eigenen Wohnung leben zu können: Care-O-Bot bringt ihnen die gewünschten Gegenstände, überwacht ihre Körperfunktionen, dient als Gehhilfe, kümmert sich um häusliche Angelegenheiten wie Alarmanlage, Licht und Heizung, verwaltet Termine und holt über Bildtelefon den Arzt ans Krankenbett. Außerdem soll er dereinst das Essen servieren und auch staubsaugen. In Serie produziert würde er aber derzeit 10000 Euro kosten, was bisher noch viel zu teuer ist. Einwände, humanoide Roboter würden noch mehr Arbeitsplätze vernichten und der Einsatz von Robotern in der Altenpflege würde der Vereinsamung Vorschub leisten, wollen die Experten nicht gelten lassen. Für jeden von einem Roboter wegrationalisierten Arbeitsplatz würden zwei bis drei hochqualifizierte Jobs in der Robotik entstehen, schätzen die Experten. Und der Einsatz von Robotern in der Altenpflege würde die Intimsphäre eines Menschen mehr respektieren als schlecht ausgebildetes und gering motiviertes menschliches Pflegepersonal.


Abbildung 28: Pflege-Roboter Care-O-Bot

4. Fazit und Ausblick

Obwohl in der Roboterforschung schon entscheidenden Fortschritte gemacht wurden, ist man doch noch weit entfernt vom Robotereinsatz für jedermann im Alltag. Honda bastelte seit 1986 daran einen Roboter auf zwei Beine zu stellen und ist mit den Forschungen noch lange nicht am Ende. Honda schätzt, dass frühestens in 10 Jahren Roboter im Haushalt eingesetzt werden können. Diese Einschätzung ist wesentlich realistischer als die des amerikanischen Forschers Ray Kurzweil, der prognostizierte, das bereits im Jahr 2029 Maschinen ein eigenes Bewusstsein haben werden und im Jahr 2099 nicht mehr vom Menschen unterschieden werden könnten. Es gibt auch Forscher die tatsächlich der Meinung sind, dass es im Jahr 2050 eine Fußball-WM zwischen Menschen und humanoiden Robotern geben könnte.

Natürlich wird es auch nicht humanoide Roboter geben. Z.B. Roboter aus dem Gebiet der Nanotechnologie, die so klein sind das sie in unseren Körperzellen operieren können. Eines ist aber sicher: ob im Haushalt, in Kliniken oder Firmen, künftige Generation von hochintelligenten Robotern werden uns im Alltag rund um die Uhr zu Diensten sein. Überall auf der Welt arbeiten Forscher bereits fieberhaft an ihnen. Diese sehen zum Teil aus wie wir und können sogar Gefühle zeigen.

Literatur