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Athena soll den Menschen helfen

Roboter lernt am Tübinger Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme das Stehen, Gehen und Balancieren

Athena ist eine Maschine mit zwei Armen und zwei Beinen, die in der Zukunft Menschen helfen soll – in zerstörten Kraftwerken, bei Naturkatastrophen, in eingestürzten Häusern oder in unwegsamem Gelände. Noch ist Athena nur die Hülle dieser Idee: Stehen, Gehen und Balancieren möchten ihr Wissenschaftler des Tübinger Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme (MPI IS) beibringen.

17.12.2014
  • Winfried Gaus

Tübingen. Am Dienstag flog Athena, begleitet von den Wissenschaftlern Dr. Jeannette Bohg und Alexander Herzog, als Lufthansa-Passagier von Los Angeles nach Frankfurt. Von dort ging es im Kleinbus nach Tübingen. Der humanoide Roboter ist 1,88 Meter groß und wiegt 48 Kilogramm. Mit seinem Team hat Stefan Schaal, Direktor der Abteilung „Autonome Motorik“ am MPI, Ideen und Vorgaben formuliert, die die US-Firma Sarcos umgesetzt hat. Initiiert wurde Athenas Entwicklung vom US-Förderprogramm für Robotik im Katastropheneinsatz (DARPA Robotics Challenge) in Zusammenarbeit mit dem kalifornischen Partnerlabor von Schaal an der University of Southern California. Während DARPA ferngesteuerte Roboter anvisiert, möchte die Forschung des MPI IS Roboter mit autonomen Verhalten ausstatten oder dieses selbst erlernen lassen.

Grundlagenforschung kostet noch viel Zeit

Athenas Kopf enthält Sensoren, mit denen sie die Umgebung erfassen kann. Ein Stereokamerasystem funktioniert dabei wie menschliche Augen. Es berechnet aus zwei Bildern dreidimensionale Tiefenbilder, um im Nahbereich die Position von Objekten zum Greifen ermitteln. Für den Fernbereich zuständig ist ein Laserscanner – ein Leuchtturm auf dem Kopf. Dieser sendet 32 Laserstrahlen in einem Fächer aus und berechnet aus dem reflektierten Licht den Abstand zu den Oberflächen. Mit einer Reichweite von 80 Metern dreht sich der Laserscanner zehnmal pro Sekunde um seine Achse.

In Tübingen wird Athena einen Gleichgewichtssensor auf den Oberkörper montiert bekommen. Er wird die Ausrichtung des Roboters sowie die Beschleunigungen erfassen, die beim Fallen oder durch Stöße entstehen. Auf richtige Arme muss Athena noch ein paar Wochen warten, denn diese sind noch in der Fertigung. Momentan trägt sie kosmetische Prototypenarme aus Kunststoff, die aus dem 3D-Drucker stammen.

Athenas Beine sind gelenkig. Sie stehen auf Kohlefaser-Fußprothesen, die für Menschen entwickelt wurden. Athena ist nach MPI-Angaben der erste humanoide Roboter, der solche Fußprothesen einsetzt. Hüft- und Kniegelenke werden hydraulisch mit Öl bewegt, das von außen hineingepumpt wird. In Zukunft soll die hydraulische Versorgung in Athena integriert werden. Sensoren messen Position und Kraft jedes Gelenks und übermitteln die Daten an die Software, die die Bewegung der Gelenke über hydraulische Ventile steuert. Die Energie für die Elektronik und die Sensoren kommt (noch) von einer externen Stromversorgung.

Athena ist nicht der Prototyp eines assistierenden Roboters, der im Krankenhaus hilft oder ältere Menschen im Alltag unterstützt. Schaal: „Athena ist der Roboter, der jemanden aus dem eingestürzten Haus rettet oder den man in den Wald schickt, um den Sechsjährigen zu suchen, der sich verlaufen hat. Athena ist gedacht für körperliche Arbeit in kompliziertem Gelände, das eventuell auch unzugänglich oder zu gefährlich für Menschen ist.“

Der Roboter bewegt sich bislang noch unterentwickelt. Mittelfristiges Ziel ist, Athena über unebenes Gelände oder Hindernisse laufen zu lassen. Längerfristig geht es um die Ganzkörperkoordination, etwa um ein Objekt außer Reichweite zu greifen oder sich durch enge Räume zu bewegen. Bei diesen Aufgaben muss Athena das Gleichgewicht halten, sich abstützen, sich strecken und nach etwas greifen oder selbstständig wieder aufstehen. Eine Voraussetzung dafür ist die korrekte Wahrnehmung der Umgebung. Dafür müssen die Forscher noch viel Zeit in die Grundlagenforschung und -entwicklung investieren. Die fundamentalen Prinzipien, die hinter der menschlichen Fähigkeit stecken, diese scheinbar einfachen Aufgaben auszuführen, sind noch weitgehend unbekannt.

Roboter lernt am Tübinger Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme das Stehen, Gehen und
Athena im Kreis ihrer neuen Kollegen der Abteilung „Autonome Motorik“ am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Tübingen.

Ziel des Instituts ist es, die Prinzipien von Wahrnehmen, Lernen und Handeln in autonomen Systemen zu verstehen, um zukünftige Systeme zu entwickeln. Die Forscher studieren die Prinzipien in biologischen, hybriden und Computer-Systemen sowie in Materialien. Das Spektrum reicht dabei vom Nano- bis zum Makrobereich. Die Forscher kombinieren mathematische Modelle, Computer- und Materialwissenschaft sowie Biologie miteinander. Neben dem Schwerpunkt Grundlagenforschung tüfteln die Forscher auch an praktischen Anwendungen in der Medizintechnik, der Robotik sowie an innovativen Technologien mit neuen Materialien.

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17.12.2014, 12:00 Uhr

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