Wenn Roboter lernen sollen, sensibel mit Menschen zu interagieren

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In der Industrie helfen Roboter bei der Produktion, wenn gefährliche und monotone Aufgaben zu erledigen sind. Sollen sie jedoch mit Menschen interagieren, müssen sie noch einiges lernen.

Einen Gegenstand entgegennehmen oder ihn einer anderen Person reichen: Für Menschen ist das eine einfache Handlung. Doch für Roboter ist es eine schwierige Angelegenheit. Denn dafür ist nicht nur in Bezug auf die physische Interaktion eine gewisse Feinfühligkeit nötig:

Wohin schaut der andere? Ist er ansprechbar? Menschen nehmen Signale, die die Aufmerksamkeit ihres Gegenübers reflektieren, unterbewusst wahr und verhalten sich entsprechend. Solche Sensibilität einem Roboter beizubringen, daran arbeiten Forscher im Rahmen des neu gestarteten Projekts „Aufmerksamkeits-Sensitiver AssistenzRoboter“ oder kurz ASARob.

Das Forschungsprojekt ASARob startete im August 2017 und wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit rund zwei Millionen Euro gefördert. Konkretes Ziel ist es, die Steuerungssoftware mobiler Roboter so zu erweitern, dass diese den Aufmerksamkeitszustand ihres Gegenübers erfassen und bei Bedarf durch entsprechende Aktionen auch beeinflussen können. Als Testsystem für die exemplarische Umsetzung dieser Fähigkeiten dient der vom Stuttgarter Fraunhofer IPA und der Unity Robotics entwickelte Care-O-bot 4. Der mobile Assistenzroboter ist speziell für die Interaktion mit und Unterstützung von Menschen in Alltagsumgebungen geeignet und kann aufgrund seines modularen Aufbaus einfach an unterschiedliche Aufgaben angepasst werden.

Informationen der Umgebung verarbeiten

Das Fraunhofer IPA ist im Forschungsprojekt ASARob unter anderem für die Koordination der Integration der Einzeltechniken und für die Umsetzung der Anwendungsszenarien auf dem Roboter zuständig. Im Kontext der Aufmerksamkeitsschätzung beschäftigen sich die Forscher am Fraunhofer IPA außerdem damit, verschiedene Informationen aus der Umgebung zu erfassen, die für die Analyse des aktuellen Nutzerverhaltens relevant sind. Der Care-O-bot 4 soll beispielsweise Gegenstände detektieren, mit denen der Nutzer gerade interagiert oder als nächstes interagieren könnte.

Die Informationen kann der Roboter nutzen, um entsprechende Unterstützung anzubieten. Dabei soll der Roboter nicht nur Gegenstände mit seinen Armen reichen. Es soll auch untersucht werden, inwiefern die Bewegungsführung der Roboterarme zur Aufmerksamkeitssteuerung und -lenkung eingesetzt werden kann. Welche Bedürfnisse potenzielle Anwender haben und die im Projekt aufgeworfenen ethischen, rechtlichen und sozialen Aspekte werden vom Leipziger Fraunhofer-Zentrum für Internationales Management und Wissensökonomie IMW erforscht. Die Fraunhofer-Ökonomen stellen frühzeitig eine Marktorientierung sicher und nehmen wirtschaftliche Aspekte im Projekt unter die Lupe.

Reale und berechnete Zustände

Um herauszufinden, ob die Einschätzung des Aufmerksamkeitszustands durch den Roboter den Tatsachen entspricht, werden in Nutzerstudien Biosignale aufgezeichnet und ausgewertet. So können die Forscher den realen Aufmerksamkeitszustand mit der berechneten Einschätzung abgleichen. Für diesen Part des Projekts ist das Cognitive Systems Lab CSL der Universität Bremen verantwortlich.

Nach der Aufmerksamkeitsschätzung folgt die Umsetzung in passendes Verhalten. Auch das ist Teil des Projekts: Der Roboter soll am Ende in der Lage sein, intuitiv mit Menschen zu interagieren, und insbesondere auch auf ältere Menschen zugehen und diese im Alltag unterstützen können. Dazu gehört neben Gesten auch die sprachliche Kommunikation in Form von Dialogen.

Diese Fähigkeit steuert Semvox bei. Das geriatrische Zentrum in Karlsruhe-Rüppurr und das geriatrische Netzwerk in Leipzig sind als potenzielle Nutzer des Roboters am Projekt beteiligt. In deren Einrichtungen sollen relevante Anforderungen an die Technik identifiziert, der Roboter praxisnah bei der Personenführung sowie beim Anreichen von Interaktionsmedien an die Bewohner erprobt und seine Fähigkeit zum Umgang mit Senioren evaluiert werden.

Der Care-O-bot 4 im Einsatz

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