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Internet of Robotic Things

Diese Roboter prägen unsere Zukunft

| Autor / Redakteur: Steve Carr * / Margit Kuther

NAO: Der Roboterassistent von SoftBank Robotics ist ein ansprechender, interaktiver und hoch anpassbarer Roboterassistent.
NAO: Der Roboterassistent von SoftBank Robotics ist ein ansprechender, interaktiver und hoch anpassbarer Roboterassistent. (Bild: Aldebaran Robotics)

Filme wie „Terminator“ zeigen eine apokalyptische Zukunft. Doch ist Künstliche Intelligenz (KI) schon so weit, um die Träume – oder auch Albträume – der Sciencefiction-Autoren erfüllen zu können? Machen Sie sich selbst ein Bild.

Roboter für die Industrie, Humanoide und Androide sind auf dem Vormarsch. Das Internet of Things (IoT) wird erweitert durch das Internet of Robotic Things (IoRT). Bereits heute werden auf Bohrinseln und bei Ölpipelines schlangenähnliche Roboter, etwa von Eelume eingesetzt, die sich für Inspektions-, Instandhaltungs- und Reparaturarbeiten durch die Tiefen des Meeres schlängeln.

Auch die Mensch-Maschine-Beziehungen unterliegen einem Entwicklungsprozess. Zheng Jiajia konnte einfach nicht die geeignete Frau für sich finden. Seine Lösung des Problems bestand darin, einfach eine der von ihm selbst geschaffenen Roboter(innen) zu heiraten.

Tauchen Sie ein in die neuen Möglichkeiten des Internets of Robotic Things (IoRT) und erfahren Sie, wie sich Künstliche Intelligenz (KI; englisch: Artifical Intelligence (AI)) auf unsere Zukunft auswirken wird.

Kriege und Wettkämpfe der Roboter

Zu den größten Robotern zählen die gigantischen, ferngesteuerten Kampfroboter von MegaBots. Diese fünf Meter großen humanoiden Roboter tragen in Stadien echte Wettkämpfe aus. Sie schießen mit kanonenkugelgroßen Paintballs mit einer Geschwindigkeit von bis zu 200 km/h aufeinander. Gewonnen hat der Roboter, der zuletzt noch auf den Beinen steht (Bild siehe Bildergalerie).

Roboter in der Industrie

Zahlreiche Roboter finden sich bereits heute etwa in der Kfz-Industrie, in der Elektrotechnik und Elektronik, im Maschinenbau, in der Luft- und Raumfahrt, und in der Lebensmittelverpackung. Roboter arbeiten vielfach günstiger als ‘Kollege’ Mensch. Daher gelangen auch immer mehr große Roboter in eher kleinere Unternehmen. Roboter werden immer geschickter und dank ihrer Flexibilität und problemlosen Neuprogrammierung auch für KMUs vermehrt zu einer sicheren Investition mit der sich auch Geld verdienen lässt.

So führen beispielsweise in einem Philips-Werk in Drachten, Niederlande, 128 von Videokameras geführte Roboter knifflige Aufgaben aus, und das mit einer viel größeren Fingerfertigkeit als die geschicktesten Arbeitskräfte. Ein Roboterarm bringt in zwei Anschlussdrähte drei perfekte Biegungen ein und fädelt sie dann in zwei Öffnungen, die mit dem bloßen Auge kaum zu erkennen sind. Dabei bewegen sich die Arme so schnell, dass um sie ein Glaskäfig gebaut werden musste, damit sich das Aufsichtspersonal nicht verletzt.

Drohnen im Schwarm

Drohnen werden immer kleiner und billiger in der Herstellung. Deshalb gehört die Zukunft den Schwarm-Drohnen. Diese werden bald in Gruppen zu Hunderten oder Tausenden um uns schwirren, in Formationen wie bei Vogelschwärmen. In Zukunft könnten solche Schwärme etwa kostengünstig Pipelines, Hochspannungsleitungen und Industrieanlagen inspizieren oder in der Landwirtschaft Pestizide und Herbizide versprühen, und zwar exakt dosiert an den erforderlichen Stellen.

DNA-Roboter transportieren Nanopartikel

Mit kleineren Maßstäben befasst sich das Projekt „RoboBee“ des Wyss Institute an der Harvard University: Es entwickelte Drohnen, kleiner als eine Büroklammer. Schwärme aus Tausenden dieser RoboBees könnten für Observierungsaufgaben und sogar, angesichts der immer kleiner werdenden Zahl von Bienen, für die Blütenbestäubung von Nutzpflanzen eingesetzt werden.

Doch es geht noch viel kleiner als „RoboBee“. Forscher am California Institute of Technology in Pasadena haben herausgefunden, dass Miniaturroboter, ausgestattet mit aus DNA bestehenden Armen und Beinen, Objekte in Molekülgröße transportieren können. Diese DNA-Roboter könnten Nanopartikel in Kreisläufen herumschieben, heilende Immunreaktionen auslösen, bestimmte Zellen als „Abfall“ zwecks Entsorgung aussortieren und medizinische Wirkstoffe genau an die Stelle im Körper bringen, an der sie gebraucht werden.

Humanoide Roboter und Androide

Ein „Humanoider Roboter“ ist ein Roboter, dessen Äußeres der menschlichen Gestalt ähnelt, ein „Android“ bezieht sich auf einen Roboter, der einen Menschen so originalgetreu wie möglich imitiert. Nach dieser Ansicht haben „Humanoide“ denselben physischen Aufbau und dieselben kinetischen Eigenschaften wie ein menschlicher Körper, sind jedoch nicht dazu gedacht, einen Menschen nachzuahmen.

Beispiele für diese Art von Robotern wären etwa „Nao“ des französischen Roboterherstellers Aldebaran Robotics (heute: SoftBank Robotics) und „Atlas“ von Boston Dynamics, einem Google-Unternehmen. Das Steuerungssystem des Humanoiden Atlas koordiniert die Bewegungen von Armen, Körper und Beinen. Durch seine Ganzkörper-Mobilität kann Atlas in einem großen Umfeld tätig sein, ohne dabei selbst viel Platz zu beanspruchen.

Demgegenüber bilden Androiden den Menschen so genau nach, dass sie für echte, lebendige Menschen gehalten werden könnten. Diese Art von Robotern wird oftmals tatsächlich lebenden Personen nachempfunden. „Eve-R“ vom Korea Institute of Industrial Technology (KITECH) und „Geminoid DK“ sind zwei Beispiele für solche Androiden.

Roboter, die Emotionen zeigen

Das International Research Center „E.Piaggio“ der Universität Pisa forscht an der „Emotionalen Interaktion zwischen Mensch und Robotern“. Menschenähnliche Roboter imitieren emotionale Zustände, Empathie und nicht-verbale Kommunikation. Die Forschungsgruppe nutzt einen naturgetreuen Androiden mit dem Namen FACE (Facial Automation for Conveying Emotions, Automatische Gesichtsmimik zur Wiedergabe von Emotionen), entwickelt in Zusammenarbeit mit Hanson Robotic. Dieser Android kann emotionale Botschaften in Form von Gesichtsausdrücken darstellen. Dadurch sind Studien zu gefühlsmäßigen Bindungen zwischen Mensch und Roboter möglich. FACE ist Bestandteil einer komplexen HIPOP (Human Interaction Persuasive Observation Platform).

Das Internet of Robotic Things

Was wäre, wenn wir das Internet of Things (IoT) und Roboter zu einer neuen Ökosphäre kombinieren würden, zu einem Internet of Robotic Things (IoRT)? Mittlerweile hat Telefonica Roboter als Maschinen betitelt, die ihr Umfeld wahrnehmen und mit ihrer Umwelt interagieren und so intelligentes Verhalten zeigen können. Ein Roboter mit einer Verbindung zum Internet würde über eine immense Informationsquelle verfügen, die den Roboter bei Entscheidungsfindungen und Interaktionen hilft. Der nächste logische Schritt besteht darin, hierfür Smart-Geräte zu entwickeln, die sich zu einer gemeinsamen Intelligenz vernetzen und die für alle betreffenden Geräte günstigsten Handlungsabläufe ermitteln können.

Das Konzept der Einbindung von Teams aus Robotern in das IoT wird als das „Internet of Robotic Things“’ oder das „IoRT“ bezeichnet. ABI Research definiert das IoRT als: „intelligente Geräte, die in der Lage sind, Ereignisse zu überwachen, Sensordaten aus verschiedensten Quellen vereinen und anhand von lokaler und verteilter ‚Intelligenz‘ die günstigsten Handlungsabläufe ermitteln können.“ Die Grundlagen der Robotik – Erfassung, Bewegung, Mobilität, Manipulation, Autonomie und Intelligenz – werden durch das Internet of Things auf eine neue Stufe gehoben.

Robotiker müssen nicht mehr Unmengen an Zeit, Geld und Energie in die kognitiven Fähigkeiten von Robotern investieren, denn schließlich stellt das IoT wiederverwendbare und offen verfügbare Informationen bereit, auf die Roboter zur Erfüllung ihrer Aufgaben zugreifen können. Diese angebundenen Roboter sind einfach nur das logische Ergebnis der Evolution der Robotik.

Neues Konzept „Roboter-zu-Roboter“ statt M2M

Beim Übergang von einem Konzept „Maschine-zu-Maschine“ zu einem Konzept „Roboter-zu-Roboter“ scheint es sich um eine natürliche Entwicklung zu handeln, da wir von Robotern schließlich erwarten, dass sie ihre Aufgaben immer effektiver, genauer und verlässlicher erfüllen. Von Abläufen „Maschine-zu-Maschine“ erwarten wir ja auch bessere Ergebnisse als von herkömmlichen Steuerungs- und Automatisierungsprozessen.

IoRT im Fulfilment Center von Amazon

Das Projekt ‚Paketzustellung‘ hat starkes Zukunftspotenzial, etwa bei DHL, „DHL liefert Pakete zum Mond“. Paketzustellungen via Drohne erhält zwar viel Medienaufmerksamkeit, die echte Magie von Robotern und IoT spielt sich jedoch in den riesigen Fulfilment Centern von Amazon ab: Anstatt eine sich endlos wiederholende Produktionsstraße zu betreiben, verfolgt Amazon, wie andere Auftragsabwickler im Einzelhandel auch, ein Geschäftsmodell, bei dem jede einzelne Bestellung als einzigartig behandelt wird. Diese Unternehmen gehen mit Tausenden, wenn nicht Millionen, von Produkten aller Formen und Größen und Gewichte um.

In früheren Zeiten mussten die Mitarbeiter in der Versandabwicklung durch die Hallen schweifen und dabei die Warenablagen nach jedem einzelnen vorgegebenen Produkt absuchen. Diese Tätigkeit haben heute Roboter übernommen. Roboter bewegen die Warenablagen, auch „Pods“ genannt, mit den Produkten dorthin, wo die Produkte von den Mitarbeitern gebraucht werden.

Die Roboter werden über ein abgesichertes WLAN-Kommunikationsnetzwerk von einem Zentralprozessor gesteuert. Mit ihren zwei Antriebsrädern können sich die Roboter auf der Stelle drehen. Hindernisse erkennen die Roboter mittels Infrarot und mithilfe von Kameras an der Unterseite lesen die Roboter auf den Fußboden aufgebrachte QR-Codes. Anhand dieser QR-Codes können die Roboter ihren Standort und ihre Ausrichtung erkennen.

Intelligente Roboter: auf dem Weg zur Künstlichen Intelligenz

Roboter stellen leistungsstarke und flexible Lösungen dar, und das für ein immer breiter werdendes Feld von Anwendungen – die Frage ist nur, wie intelligent, im menschlichen Sinne, sind Roboter tatsächlich oder könnten Sie künftig einmal sein? Nun, das ist von der Künstlichen Intelligenz (KI), der Steuerungssysteme dieser Roboter abhängig. Wie in einem Artikel auf Howstuffworks betont wird: „Im Endeffekt bildet KI den menschlichen Denkprozess nach.“ Dazu gehören auch die Fähigkeit, sich Wissen zu beliebigen Themen anzueignen, Schlussfolgerungen zu ziehen, Sprachen anzuwenden und eigene Gedanken zu formulieren. Von diesem Niveau künstlicher Intelligenz sind sämtliche Robotiker auf dieser Welt noch meilenweit entfernt. KI-Maschinen unserer Tage können einige konkrete Elemente intellektueller Fähigkeiten nachahmen.

So kann ein Computer beispielsweise Probleme lösen, indem er sich über Sensoren oder anhand von durch den Menschen eingegebene Eingangsdaten Fakten zusammenträgt. Anschließend vergleicht der Computer diese Informationen mit bereits gespeicherten Daten und bewertet ihre Bedeutung. Dann spielt der Computer verschiedene Szenarien durch und berechnet voraus, welche Aktion den größten Erfolg verspricht. Der Computer kann auf diese Weise nur solche Probleme lösen, für die er programmiert wurde – beispielsweise Schach spielen.

Ein Roboter kann beispielsweise hinzulernen, indem er erkennt, ob eine konkrete Aktion wie eine ganz bestimmte Beinbewegung beim Umgehen eines Hindernisses zum gewünschten Erfolgt führt. Der Roboter speichert diese Informationen und probiert beim nächsten Auftreten der identischen Situation wieder genau diese Aktion aus. Diese Fähigkeit hat jedoch ihre Grenzen. Im Gegensatz zum Menschen können Roboter nicht alle beliebigen Arten von Informationen aufnehmen.

Einige Roboter können soziales Verhalten aufzeigen. Kismet, ein Roboter aus dem KI-Labor des MIT, erkennt Körpersprache und Tonfall des Menschen und reagiert entsprechend. Die Schöpfer von Kismet möchten in Erfahrung bringen, wie Erwachsene und Kinder nur durch Gesprächston und visuelle Reize interagieren. Diese unterschwelligen Interaktionen könnten zu einem Fundament für ein Lernsystem werden.

Da wir über ja auch über das Wesen der menschlichen Intelligenz kaum etwas wissen, ist die KI-Forschung größtenteils theoretischer Natur. Die Wissenschaftler zerbrechen sich den Kopf darüber, wie und warum wir lernen und denken, und probieren ihre Vorstellungen mithilfe von Robotern aus. Das MIT-Team setzt auf humanoide Roboter. Dem liegt die Ansicht zugrunde, dass ein Erleben der Welt auf menschliche Weise eine der Grundvoraussetzungen für das Entwickeln menschenähnlicher Intelligenz ist. Zudem erleichtert das den Leuten den Umgang mit Robotern und das wiederum erleichtert den Robotern möglicherweise das Lernen.

Aufstieg der Roboter – Fluch oder Segen?

Wird der Aufstieg von Robotern und KI der menschlichen Gesellschaft letztendlich Nutzen bringen und unsere Lebensqualität verbessern – oder werden wir die Misere eines massenhaften Abbaus von Arbeitsplätzen erleben? Dem vom IET herausgegebenen Magazin „Engineering & Technology“ nach, ist dieses Thema für Arbeitnehmer, Politiker und selbst Führungskräfte in der Wirtschaft sehr besorgniserregend.

Es gibt bereits einige düstere Warnungen: So schätzt das Beratungsunternehmen PricewaterhouseCoopers ein, dass bis zum Jahr 2030 in den USA 40 Prozent und in Großbritannien 30 Prozent der Arbeitsplätze aufgrund der Automatisierung verschwinden werden. Andy Haldane, Chefvolkswirt bei der Bank of England, meint, dass es in Großbritannien bis zu 15 Mio. Arbeitsplätze gibt, die mit Robotern besetzt werden könnten.

Auch führende Köpfe der Wirtschaft nehmen dieses Problem sehr ernst, um nur Bill Gates und Elon Musk zu nennen. Politiker denken bereits darüber nach, den Vormarsch der Roboter durch wirtschafts- und finanzpolitische Maßnahmen zu verlangsamen. Außerdem sollten die Staaten in die Lage versetzt werden, diese Entwicklung, die sich als die nächste große industrielle Revolution herausstellen könnte, zum Guten nutzen zu können.

Es gibt jedoch auch optimistische Stimmen. Das Beratungsunternehmen Capgemini hat in einer Studie herausgefunden, dass bei 75 Prozent der Großunternehmen, die KI implementiert haben, durch KI neue Arbeitsplätze geschaffen wurden. Zudem konnten genauso viele Unternehmen durch die Einführung von KI eine Umsatzsteigerung von 10 Prozent verbuchen. Bei einer vom Chipentwickler ARM gesponserten Verbraucherbefragung waren 61 Prozent der Befragten der Auffassung, dass KI und eine fortschreitende Automatisierung das gesellschaftliche Dasein verbessern statt schädigen werden.

Einstieg in der Welt der Robotik

Roboter bieten uns zweifellos aufregende Möglichkeiten, und wie dem auch sei, die Roboter sind da und werden auch nie mehr verschwinden. Wie jedoch kann ein Entwickler diese Technologie in Angriff nehmen? Die ersten Schritte in der Welt der Robotik könnten mithilfe von Kits wie der von NXP auf den Markt gebrachten anwenderfreundlichen Mechatronik-Entwicklungsplattform FSLBOT oder dem preiswerten autonomen Roboter-Fahrzeugsystem RP6v2 erfolgen.

Beide Kits eignen sich zum Sammeln von Erfahrungen mit Entwicklung, Programmierung und Prozessoren im Zusammenhang mit der Mechatronik. Das RB6v2 verfügt über Fähigkeiten wie das Messen der Lichtintensität, das Erkennen von Kollisionen und eines niedrigen Ladezustands des Akkus, das Messen und Regeln der Drehzahl von Motoren mittels hochauflösender Encoder und eines Datenaustauschs mit anderen Robotern oder Geräten.

Zwar werden Geschwindigkeit, Richtung und Auswirkungen der Entwicklungen bei Robotik und KI heiß diskutiert, in einem besteht jedoch kein Zweifel: Roboter und KI sind da und werden auch nie mehr verschwinden. Wir haben uns die Reichhaltigkeit, die Innovation und die Vielfalt der heute schon in der Robotik vorhandenen Technologien angeschaut und mit den oben erwähnten Beispielen finden Entwickler und Enthusiasten, die sich mit dieser sich entfaltenden Welt befassen möchten, einen einfachen Einstieg. In Kenntnisnahme der, positiven oder negativen, Vorstellungen über die sich aus diesen Technologien ergebenen Konsequenzen ist es unabdingbar, dass wir so viele Meinungen und Ansichten wie nur möglich in diese Debatte einbringen.

Schließlich befürchten einige Kommentatoren mit Bedenken bezüglich des Voranbringens von auf KI basierenden Ressourcen, dass es sich hier um Optionen handelt, die wir nicht um jeden Preis ausüben sollten.

Neu im IoT-Hub von Farnell element14 wieder neue Inhalte hinzugefügt. Mit dabei ist neben Hintergründen zur Rolle des Internets der Dinge in zahlreichen schnelllebigen Bereichen auch eine animierte Infografik, welche veranschaulicht, wie das Unternehmen Entwickler dabei unterstützt, ihre Ideen in die Tat umzusetzen.

Der IoT-Hub ist zentraler Bestandteil der Webseite des Unternehmens. Hier erwarten Besucher neben spannenden Artikeln zum Thema IoT auch Fallstudien, Produkte und Interviews sowie Fachartikel, die verschiedene Einsatzmöglichkeiten für IoT-Anwendungen beleuchten.

Dieser Beitrag stammt von unserem Partnerportal Elektronikpraxis.

* Steve Carr ist Global Head of Marketing bei Premier Farnell

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