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Cloud-Robotics Die Cloud macht Roboter (fast) intelligent

Die IT tritt mit den Robotern in die physische Welt ein. Cloud-Computing versorgt sie mit gigantischer Rechenleistung und umfassendem Wissen. Es eröffnet eine neue Ära in der Robotik.

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Roboter Quelle: dpa

„Kannst du das Ding fliegen?“, fragt Keanu Reeves 1999, als Neo im Film „The Matrix“ die Hackerin Trinity und deutet auf einen Hubschrauber. „Noch nicht“, lautet ihre Antwort. Doch nach einem kurzen Anruf bei ihrem Operator ist das anders: Sie bekommt die Fähigkeit fürs Helikopter-Fliegen aufgespielt und schon erweist sie sich als perfekte Pilotin.

Tablets und Smartphones hat diese Fähigkeit zum Durchbruch verholfen: Sie lassen sich einfach durch Apps um neue Funktionen und Anwendungen erweitern. Per Internetverbindung erhalten sie kleine Programme, die meist mit Online-Services verknüpft arbeiten und oft auf große Datenmengen und Rechenleistung zugreifen.

Mittlerweile arbeiten Wissenschaft und Wirtschaft daran, Robotern genau so Neues beizubringen. Sie sollen auf die gleiche Art und Weise in ihrer Flexibilität und Leistungsfähigkeit über Cloud-Services in eine neue Dimension aufbrechen.

Roboter mit externem Gehirn

Als der amerikanische Wissenschaftler James J. Kuffner die Idee von „Cloud-Robotics“ 2010 auf einer Konferenz für menschenähnliche Roboter in Nashville vorstellte, sorgte er für große Begeisterung. Vollkommen neu war diese Idee damals nicht. Bereits in den Neunzigerjahren arbeiteten japanische Wissenschaftler daran, Roboter mit einer ausgelagerten Intelligenz - quasi einem externen Gehirn - zu verbinden. Nur sprach damals noch niemand von der Cloud.

Wie Roboter den Alltag erleichtern
Krankenpfleger Ein Roboter CARE-O-bot, der vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung entwickelt wurde, versorgt eine Bewohnerin eines Pflegeheims mit einem Getränk (undatiert). Auch dieser Roboter unterstützt ältere Menschen im häuslichen Umfeld und das Pflegepersonal in Pflegeeinrichtungen. Quelle: dpa
Der KochBremer Forscher präsentierten 2013 den Roboter „PR2“, der Popcorn machen und Pfannkuchen wenden kann. Das nötige Vorwissen habe sich dieser unter anderem aus dem Internet geholt, sagte Professor Michael Beetz von der Universität Bremen. Sein Team arbeitet zusammen mit sieben europäischen Partnern in einem auf vier Jahre angelegten Projekt an lernfähigen Robotern. Ziel sei es, diese neue Form der Programmierung zunächst bei Robotern anzuwenden, die alte und pflegebedürftige Menschen bei einfachen Aufgaben unterstützen. Diese könnten in den nächsten zehn Jahren einsatzbereit sein. Quelle: dpa
Der BarkeeperDer Roboter "James" des Münchener Fortiss-Institutes für Hightech-Forschung in München (Bayern) ist als Barkeeper programmiert und soll bei einer Interaktion mit Menschen seine Aufgaben nicht nur richtig erledigen, sondern dabei auch auf die sozialen Bedürfnisse seines Gegenübers eingehen. Wer sich bei James bedankt bekommt die Antwort: "Always a pleasure". Quelle: dpa
KuschelrobbeDer weiße Sozialroboter namens Paro soll Demenzkranken Zuwendung schenken. Das mit Sensoren vollgestopfte Kuscheltier reagiert auf Berührung, Licht und Bewegung. Es soll für Demenzkranke Zuwendung simulieren - und ist deswegen vor allem nach einer Messepräsentation 2011 heftig umstritten gewesen. Tritt an die Stelle des Zivildienstleistenden oder der Pflegekraft nun der Sozialroboter? 5000 Euro kostet die schnurrende Pelzattrappe. Quelle: dpa
Putzhilfe mit gutem OrientierungssinnInzwischen schon fast ein Klassiker unter den Haushaltsrobotern ist der autonome Staubsauger. Dieses Modell, ein Samsung Navibot SR 8855, sticht vor allem durch seine Navigationsfähigkeiten heraus. Aus Aufnahmen von einer eingebauten Kamera setzt er ein digitales Abbild des Raums zusammen, den er reinigen soll. Das verhindert laut Hersteller sinnloses Kreuz- und Querfahren wie bei anderen Saugrobotern. Hindernissen weicht der Navibot aus, die eingebauten Sensoren erkennen auch Treppenabsätze. Im Handel gibt es den Navibot ab etwa 320 Euro. Quelle: Presse
Freundlicher KrankenpflegerDieses freundlich dreinschauende Gesicht gehört einem Roboter aus dem Hause Panasonic. Das Modell Hospi-Rimo soll als Kommunikationsplattform für bettlägerige Patienten dienen, die mit dem Roboter von zu Hause aus mit Arzt, Freunden oder Verwandten per Videokonferenz kommunizieren wollen. Der Roboter kann dabei laut Hersteller mit fragilen Ampullen und Medikamenten so vorsichtig umgehen wie eine Krankenschwester. Quelle: Presse
HaarpflegerDieser von Panasonic hergestellte Haarwaschroboter widmet sich der Pflege des Haupthaars von bettlägerigen Patienten. Vollautomatisch kann das Gerät eine komplette Haarwäsche durchführen und dabei eine Spülung einmassieren sowie die Haare nach dem Waschen wieder trocknen. Dabei kommen insgesamt 24 robotische Finger zum Einsatz. Quelle: Presse

Bislang galten Roboter als unschlagbare Spezialisten für halbwegs gut überschaubare Aufgaben. Mit ihren meist schmalspurigen Fähigkeiten eroberten sie die industrielle Produktion. Sie können Menschen bei schweren Arbeiten entlasten und erledigen ihre Aufgaben zuverlässiger, mit größerer Präzision und oft auch schneller.

Allerdings sind sie bei weitem nicht so flexibel wie der Mensch. Während der Mensch mit seinen Sinnen und seiner Lernfähigkeit schnell neue Aufgaben übernehmen kann, müssen Roboter bisher von Experten neu programmiert und aufwändig auf ihren nächsten Job vorbereitet werden. Zumindest bisher.

Hilfe, ein Roboter klaut meinen Job!

Die Verknüpfung von Robotern mit Cloud-Technologien, also der Vernetzung von Rechenleistung, Speicher und Software, soll das ändern.

Dass Robotern bisher nur mit größerem Aufwand neue Funktionen beigebracht werden konnten, lag am selben Dilemma, mit dem jedes mobile IT-Gerät zu kämpfen hat: Entweder es wird vollgesteckt mit starken Prozessoren und viel Speicher für noch mehr Daten und Programme, um möglichst viele Aufgaben erledigen zu können – dann braucht das Gerät viel Strom und benötigt einen entsprechend großen und schweren Akku, damit ihm nicht vorzeitig der Saft ausgeht. Oder es ist auf Mobilität getrimmt, verbraucht möglichst wenig Strom und verfügt deshalb nur über einen schwachen Prozessor sowie eher wenig Speicher.

Die Cloud ermöglicht es Robotern, menschliche Sprache zu verstehen

Erst die Vernetzung über das Internet sprengt die alten Grenzen: Über das Netz der Netze können auch schmalbrüstige IT-Geräte auf unendliche Rechenressourcen zugreifen. So erhalten beispielsweise Smartphones die Fähigkeit zur Spracherkennung.

Menschliche Sprache zu verstehen, erfordert von Computern immer noch große Rechenleistung, die ein Handy allein kaum aufbringen kann. Siri von Apple, Google Now und Cortana von Microsoft funktionieren deshalb nur mit Internetverbindung. Sie ermöglicht den Zugriff auf die Serverfarmen der IT-Giganten, die in Bruchteilen von Sekunden erkennen, verstehen und antworten können.

Roboter können von diesem Konzept noch stärker profitieren. Mit Cloud-Services vernetzt, lassen sie sich leichter und preiswerter bauen und werden doch flexibler, leistungsfähiger und intelligenter. Gewöhnliche Roboter benötigen bisher reichlich eigene Rechenpower, wenn sie beispielsweise aufrecht gehen und einen Fuß vor den anderen setzen, sich dreidimensional im Raum orientieren oder Gesichter erkennen wollen. Eine Cloud-Anbindung macht das einfacher und entlastet die Hardware des Roboters.

Eine Bilderkennung wie Google Goggles kann beispielsweise Informationen liefern, die Robotern den richtigen Umgang mit bislang unbekannten Gegenständen ermöglichen. Wird etwa ein einfacher Plastikbecher über die Cloud erkannt, kann die Maschine direkt die Information bekommen, dass dieser beim Hochheben eher behutsam angefasst werden muss, damit er nicht kaputtgedrückt wird.

Auch bei der Navigation von Robotern vor allem auf unbekanntem Terrain können Cloud-Service helfen. So leisten in Fukushima Roboter mit drahtloser Datenanbindung Aufklärungs- und Aufräumarbeiten, die nur über die Verbindung nach draußen kontrollieren lassen. Ob dabei auf eine klassische, allgemein zugängliche Cloud oder eher eine nach außen abgeschottete Private Cloud zugegriffen wird, ändert nichts am grundsätzlichen Konzept von Cloud-Robotics.

Die Entwicklungsstufen Künstlicher Intelligenz

Eine in letzter Zeit viel beachtete Anwendung von Cloud-Robotics ist das autonome Fahren. Der kleine Flitzer von Google verfügt zwar über viele eigene Sensoren, die ihn beim Fahren vor Kollisionen bewahren, aktuelle Verkehrsinformationen beispielsweise erhält er aus der Cloud, damit er zeitraubende Staus umfahren kann.

Das autonome Fahren führt aber auch die Grenzen von Cloud-Robotics vor: Es funktioniert nur, wenn eine Datenverbindung aufgebaut und in ausreichender Bandbreite aufrechterhalten werden kann.

Apps für Roboter

Aufgaben die Reaktionen unbedingt in Echtzeit erfordern, möchte man ihm nicht anvertrauen. Verzögerungen, wie sie bei Cloud-Services oder klassischen Client-Server-Verbindungen über große Netze hinweg zwangsläufig auftreten, sind bei der Steuerung von Autos inakzeptabel. Sie muss in Echtzeit erfolgen, damit es nicht kracht. Roboter mit Cloud-Anbindung werden deshalb immer auch über eigene Intelligenz verfügen müssen, die ihnen ermöglicht, wichtige Aufgaben ohne zeitliche Verzögerung zu erledigen.

Mittlerweile haben sich eine ganze Reihe an Initiativen und Programmen entwickelt, die das Thema Cloud-Robotics vorantreiben wollen. So erarbeiten Gruppen von Wissenschaftlern wie die vom EU-finanzierten Projekt RoboEarth und Rapyuta Bibliotheken und Frameworks, die Robotern App-ähnlich Funktionen bereitstellen wollen.

Hier nutzen Sie die Wolke, ohne es zu wissen
Dropbox, Google Drive, Apple iCloud Quelle: dpa
GMX AOL Google Mail Quelle: dpa
Cloud Gaming Quelle: AP
Google Docs Microsoft Office Quelle: REUTERS
Adobe Kreativ-Programme Quelle: AP
Musik-StreamingAuch wer Musik-Streaming-Dienste wie Spotify, Napster oder Apple Music nutzt, befindet sich in der Cloud. Bei all diesen Streaming-Diensten werden Millionen Musik-Titel auf Servern gelagert, auf die der Nutzer von seinem Endgerät aus zugreift. Dafür muss er entweder ein monatliches Entgelt bezahlen oder die kostenlosen Alternativangebote nutzen. Bei Spotify kann der Nutzer zum Beispiel die Gebühren einsparen, wenn er bereit ist, zwischendurch von Werbung beschallt zu werden. Quelle: dpa
Serien-StreamingFilme und Serien werden ebenfalls immer öfter über das Netz angesehen. Anbieter wie Netflix, Sky Go, Watchever, Amazone Prime und Maxdome erlauben den Zugriff auf tausende Filme und Serien. Auch hier zahlen Nutzer eine monatliche Gebühr und können dafür so viel schauen, wie sie möchten. Quelle: dpa

Das französische Unternehmen hat mit NAO einen humanoiden Roboter entwickelt, der zunächst für Lehr- und Lerneinrichtungen gedacht war, dann aber schnell seine eigene Entwickler-Community gefunden hat. Technik-Enthusiasten beschäftigen sich ebenfalls mit dem Thema. So haben sich beispielsweise unter Cellbots Bastler zusammengefunden, die Smartphones mit ihrer Cloud-Anbindung für die Steuerung von Robotern einsetzen.

Keine gemeinsame technische Plattform in Sicht

Viele Projekte arbeiten daran, die Programmierung der elektromechanischen Helfer zu vereinfachen. Doch damit Roboter aus einer gemeinsamen Bibliothek entnehmen können, wie sie beispielsweise eine Tür öffnen, brauchen sie eine gemeinsame technische Plattform. Die ist aber noch nicht in Sicht.

Das hält Roboterexperten wie den deutschen Marktführer für Industrieroboter Kuka aber nicht davon ab, sein Angebot auch um Cloud-Services zu erweitern. Längst bestimmt auch bei dem Augsburger Unternehmen immer stärker die Software die Leistungsfähigkeit seiner Produktionshelfer.

IT



In einzelnen Fabriken kommunizieren seine Roboter bereits über eine eigene Cloud miteinander und optimieren so die Produktion. Kuka setzt auf offene Kommunikationsstandards, um eine Anbindung an die Smart-Factory, an Industrie 4.0 und das Internet der Dinge zu ermöglichen.

Vorzeigeprojekt der Augsburger ist ihr Roboter LBR iiwa. Er verfügt über so viele Sensoren und so viel Intelligenz, dass er unmittelbar auf Berührungen des Menschen reagiert und deshalb ohne Schutzgitter mit ihm zusammenarbeiten kann. Angebunden an eine Cloud, kann er seine Arbeit selbst dokumentieren, überprüfen und optimieren. Software spielt bei ihm die zentrale Rolle.

Mit den unendlichen Ressourcen aus der Cloud bestimmt sie die Fortschritte der Robotik. So ist es mittlerweile die IT, die den Fortschritt der Roboter in die physische Welt trägt.

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