Business-IT
12.06.2018
Humanoide Roboter
1. Teil: „Die Maschinen werden immer menschlicher“

Die Maschinen werden immer menschlicher

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Phonlamai Photo / shutterstock.com
Trotz Fortschritten sind viele Probleme bei der Entwicklung humanoider Roboter ungelöst. Dazu gehört auch eine ganze Reihe politischer und gesellschaftlicher Fragen.
  • Quelle: Knowledge Sourcing Intelligence
Sie sind ein Traumpaar der Filmgeschichte: die piepsende Blechdose R2-D2 und ihr humanoider Freund C-3PO. Ohne sie wären die Star-Wars-Filme nur halb so unterhaltsam und vielleicht nur halb so erfolgreich. R2-D2 und C-3PO verkörpern das, was an menschenähnlichen Robotern fasziniert: Sie sind intelligent, anpassungsfähig und weisen – zumindest im Fall von C-3PO – Maße, Proportionen und Bewegungsmuster auf, die an unsere Physiognomie angelehnt sind.
Glaubt man den Marktforschern, so sind humanoide Roboter schwer im Kommen. Laut den Analysten von Knowledge Sourcing Intelligence soll das Marktwachstum bis 2023 durchschnittlich fast 50 Prozent pro Jahr betragen. Werden 2018 demnach noch knapp über 600 Millionen Dollar mit humanoiden Maschinen umgesetzt, so sollen es 2023 bereits mehr als 4,1 Milliarden Dollar sein. Der Mitbewerber Global Market Insights kommt zu ganz ähnlichen Ergebnissen und geht davon aus, dass das Marktvolumen 2024 die 5-Milliarden-Grenze knacken wird.
Die enorme Nachfragesteigerung soll nach einer Studie von Markets and Markets vor allem aus dem Bereich Bildung sowie aus dem Einzelhandel kommen, der den Marktforschern zufolge zunehmend Roboter in der Kundenbetreuung einsetzt. Das aktuell in Deutschland bekannteste Beispiel dafür ist Roboter Paul, der bereits in mehreren Saturn-Märkten Kunden berät. „Paul begrüßt unsere Kunden und führt sie zu den Produkten im Markt, die sie interessieren“, so Martin Wild, Chief Digital Officer (CDO) der MediaMarktSaturn Retail Group. „Er hat es dabei in unserem Saturn-Markt in Ingolstadt in einem Jahr auf stattliche 100.000 Interaktionen mit Kunden gebracht und rund 520 Kilometer im Markt zurückgelegt.“
Weitere vielversprechende Märkte liegen laut Global Market Insights in der Hotelbranche, im Sicherheitsbereich sowie im Gesundheitswesen. Knowledge Sourcing Intelligence macht darüber hinaus den demografischen Wandel für eine steigende Nachfrage verantwortlich, da immer mehr ältere Menschen Unterstützung im Haushalt benötigten.
2. Teil: „Wann ist ein Roboter humanoid?“

Wann ist ein Roboter humanoid?

  • Armar-6: Der vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickelte humanoide Roboter arbeitet als Service-Techniker im Lager eines Online-Händlers.
    Quelle:
    KIT
Was aber genau macht einen humanoiden Roboter aus? Muss er zwingend Beine und Arme, einen Kopf und ein Gesicht haben? Oder darf er sich auf Rollen fortbewegen und über einen Bildschirm kommunizieren? „Für mich steht das menschenähnliche Bewegungsverhalten im Vordergrund“, antwortet Tamim Asfour auf diese Fragen. Der Leiter des Lehrstuhls für Hochperformante Humanoide Technologien am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) befasst sich seit rund 20 Jahren mit der Entwicklung humanoider Roboter. Armar-6, das jüngste Modell seiner Roboterfamilie, hat einen Kopf und muskulöse Arme, an deren Ende geschickte Hände Gegenstände und Werkzeuge greifen und manipulieren können. Mit diesen Fähigkeiten hat der Roboter sogar einen Auslandsjob ergattert: Im Rahmen des von der EU mit 7 Millionen Euro geförderten Projekts SecondHands arbeitet er als Servicetechniker im Lager des britischen Online-Shops Ocado.
Mag die Fingerfertigkeit auch beeindruckend sein – untenherum wirkt Armar-6 eher wie eine Mischung aus Hebebühne und Kehrmaschine. Auch insgesamt lässt das glänzend grüne Metallskelett keinen Zweifel daran, dass wir es mit einer Maschine zu tun haben. Anders als etwa Asfours Kollege Hiroshi Ishiguro von der japanischen Osaka-Universität, der einen Androiden nach seinem Ebenbild gebaut hat, möchte der KIT-Professor nämlich allzu viel Menschenähnlichkeit vermeiden: „Ich verfolge mit meiner Forschung nicht das Ziel, eine Kopie des Menschen zu schaffen. Humanoide Roboter sollten auf den ersten Blick immer als Maschine zu erkennen sein.“ Asfour bleibt so auch in sicherem Abstand zum „unheimlichen Tal“ (uncanny valley), das nach der bereits 1970 aufgestellten Hypothese des Robotikers Masahiro Mori zwangsläufig im Weg liegt, wenn humanoide Roboter immer menschlicher werden.
Zunächst einmal gefallen Roboter Menschen laut dieser Hypothese um so mehr, je ähnlicher sie ihnen sind. An einem bestimmten Punkt, wenn sich Mensch und Maschine schon kaum mehr unterscheiden lassen, wird es dem Nutzer aber unheimlich – die Akzeptanz fällt ins Bodenlose beziehungsweise ins „unheimliche Tal“. Martin Hägele, Leiter der Abteilung Roboter- und Assistenzsysteme am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, möchte Moris These allerdings relativieren: „Man wird Roboter immer so gestalten, dass sie eine maximale Akzeptanz erzielen.“ Neben Funktion und Bedienung sei dies schließlich ein vorrangiges Design-Kriterium. „Nicht umsonst bedienen Social Robots beispielsweise mit ihren Kulleraugen das Kindchenschema.“
Ob man die Hypothese vom unheimlichen Tal nun glaubt oder nicht – aktuelle Maschinen sind auf jeden Fall noch weit von einer solchen Perfektion entfernt. Der Doppelgänger von Hiroshi Ishiguro und seine an der Osaka-Universität entstandenen Brüder und Schwestern sehen zwar beeindruckend menschenähnlich aus, sie sind jedoch nicht viel mehr als Schaufensterpuppen. „Diese Humanoiden mögen von Menschen kaum zu unterscheiden sein“, sagt Tamim Asfour, „aber sie können nicht einmal grundlegende menschliche Bewegungen wie Greifen oder Laufen ausführen.“
Martin Hägele vom Fraunhofer IPA setzt bei den am Institut entwickelten Care-O-bot-Modellen, die für Assistenzaufgaben in Privathaushalten und Pflegeeinrichtungen konzipiert wurden, bewusst auf nicht anthropomorphe Formen: „Wir versuchen im Design unserer Roboter das Menschenähnliche eher zurückzunehmen, um eine zu große Erwartungshaltung zu vermeiden.“ Dennoch sieht auch Hägele Vorteile in einer humanoiden Gestaltung: „Wenn ein Roboter einen Kopf mit Augen hat, ist klar, dass er in diesem Bereich kommuniziert und angesprochen werden möchte, die Bedienung wird damit intuitiv und braucht keine weiteren Erklärungen.“ Auch für Asfour ist die Interaktion mit dem menschlichen Partner ein wichtiges Argument: „Wenn ich mit einem Roboter zusammen­arbeite oder von ihm im Haushalt unterstützt werde, der zwei Arme und Hände hat, kann ich seine Bewegungen intuitiv vorhersagen. Ich muss dazu kein Handbuch lesen oder ein spezielles Training absolvieren.“
3. Teil: „Einsatzgebiete für Humanoiden“

Einsatzgebiete für Humanoiden

Hinzu kommt, dass die Welt, in der wir leben, zu großen Teilen auf menschliche Bedürfnisse und Dimensionen zugeschnitten ist. „Überall dort, wo sich ein Roboter durch eine von Menschen für Menschen gemachte Umwelt bewegt, sind humanoide Formen von Vorteil“, betont Alois Knoll vom Lehrstuhl für Robotik, Künstliche Intelligenz und Echtzeitsysteme an der TU München, der das Robotik-Forschungsprogramm ECHORD++ der Europäischen Union koordiniert. Humano­ide Roboter können Treppen überwinden, passen durch Türen, haben die richtige Höhe, um Schränke zu öffnen und sind beweglich genug, um den Fußboden zu saugen oder den Fernseher abzustauben.
Diese Maschinen könnten zudem Aufgaben in Umgebungen übernehmen, in denen Menschen nur unter Lebensgefahr oder gar nicht operieren können. „Humanoide Roboter wären beispielsweise bei der Reaktorkatastrophe in Fukushima eine große Hilfe gewesen“, nennt Asfour ein Beispiel. „Auch für den Einsatz in der Raumstation ISS wäre ein Roboter in menschenähnlicher Form sehr vorteilhaft.“ Die Humanoiden müssten sogar nicht einmal notwendigerweise eine große kognitive Kompetenz mitbringen, sondern ließen sich beispielsweise direkt von einem Menschen intuitiv steuern – über ein sogenanntes Exoskelett, einen menschenähnlichen Käfig, über den sich Arm- und Beinbewegungen drahtlos auf einen Roboter übertragen lassen.
Das wird für die nächste Zukunft wohl das am weitesten verbreitete Szenario bleiben, denn von selbstständigem, planvollem Handeln sind aktuelle Roboter trotz aller Fortschritte bei der Künstlichen Intelligenz noch weit entfernt. Das zeigt ein Experiment, das vom Fraunhofer IPA in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) durchgeführt wurde. Der Assistenzroboter Care-O-bot musste dafür ein alltägliches Szenario bewältigen und einen Tisch abräumen. Im ersten Fall war er dabei auf sich allein gestellt, im zweiten wurde er über ein Exoskelett von einem Menschen gesteuert, der die Bild- und Kraftwahrnehmung des Roboters übermittelt bekam. „Mit menschlicher Hilfe bewältigte der Roboter die Aufgabe deutlich besser als ohne“, resümiert Hägele. „Der Mensch kann reflektieren, verschiedene Beobachtungsperspektiven einnehmen, improvisieren oder auf Erfahrungswerte zurückgreifen – all das fehlt einem Roboter heute noch.“
EU-Förderung für Roboter: Der European Coordina­tion Hub for Open Robotics Development hat zum Ziel, marktfähige Automatisierungstechniken zu entwickeln.
Das ECHORD++-Programm
Das EU-geförderte Programm ECHORD (European Clearing House for Open Robotics Development, 2009–2013) sollte Robotikforschung und Industrie besser vernetzen und wissenschaftliche Erkenntnisse für Unternehmen nutzbar machen.
Das Instrument dafür – schnell und unbürokratisch umsetzbare Projekte („Experimente“) mit kurzen Laufzeiten und relativ kleinen Fördersummen – erwies sich als so erfolgreich, dass es in andere EU-Programme übernommen wurde.
Die Fortsetzung von ECHORD, der European Coordination Hub for Open Robotics Development (ECHORD++) ergänzt die Förderung um zwei weitere Instrumente: Dank PDTI
(Public End-user Driven Technological Innovation) sollen Einrichtungen wie Krankenhäuser oder Stadtverwaltungen Prototypen erstellen können, die den besonderen Anforderungen des öffentlichen Sektors Rechnung tragen. Die Robotics Innovation Facilities (RIF) sind vor allem für kleine und mittelständische Unternehmen sowie für Start-ups gedacht. Sie erhalten kostenlosen Zugang zu Forschungs- und Testeinrichtungen und können auf diese Weise ohne finanzielles Risiko Geschäftsideen ausprobieren und Feldversuche durchführen.
4. Teil: „Humanoide Roboter auf der CEBIT“

Humanoide Roboter auf der CEBIT

  • NAO und Pepper: Das sind die beiden von Aldebaran Robotics entwickelten Erfolgsmodelle der SoftBank Robotics Group.
    Quelle:
    SoftBank Robotics
Einigen humanoiden Robotern kann man auch auf dem Messegelände in Hannover begegnen – Humanoid Robots ist immerhin eines der Topthemen der diesjährigen CEBIT. Der japanische Hersteller SoftBank Robotics präsentiert beispielsweise seine zwei Modelle NAO und Pepper. Beide wurden ursprünglich von der französischen Firma Aldebaran Robotics entwickelt, die heute mehrheitlich der SoftBank-Gruppe gehört. Aldebaran ist im Übrigen nicht der einzige Robotikspezialist, der von dem japanischen Telekommunikationskonzern geschluckt wurde. So veräußerte 2017 die Google-Mutter Alphabet die beiden Robotik-Unternehmen Boston Dynamics und Schaft an die SoftBank-Gruppe.
Der nur 58 Zentimeter messende NAO bewegt sich auf zwei Beinen vorwärts und lässt sich per Programmierschnittstelle „trainieren“. Selbst ungeübte Anwender sollen durch die Kombination vorgefertigter „Behavior Boxes“ Verhaltenssequenzen zusammenstellen können. Erfahrene Programmierer können per C++ und Python eigene Sequenzen erstellen. Laut Anbieter wurden bereits rund 10.000 der kleinen Blechdinger verkauft – kein schlechter Erfolg, wenn man den doch eingeschränkten Nutzen des als „Interactive Companion“ vermarkteten Roboters und seinen stolzen Preis von über 7000 Euro bedenkt. Als Spielkamerad geht NAO zudem schnell die Puste aus. Nach 60 bis 90 Minuten Aktivität muss der Kerl an die Steckdose.
Während NAO eher ein Spielzeug für den gut betuchten Privathaushalt ist, adressiert SoftBank mit Pepper Unternehmenskunden. Der mit 1,20 Meter ebenfalls eher klein geratene Humanoid soll als Concierge oder Empfangsdame eingesetzt werden, Besucher begrüßen, ihnen bei der Orientierung helfen, Fragen beantworten und Informationen vermitteln. Für diese Aufgabe verfügt er neben den am Kopf angebrachten Kameras, Mikrofonen und Lautsprechern über ein Touchdisplay. Mit einer Akkuladung soll er zwölf Stunden durchhalten, was sicher auch seiner relativ energiesparenden Fortbewegungsweise geschuldet ist, denn Pepper läuft nicht auf zwei Beinen, sondern bewegt sich auf Rollen vorwärts.
Ein weiterer kleiner Roboter, dem Messebesucher begegnen können, ist der QTrobot von LuxAI. Sein Gesicht besteht nicht aus Hardware-Komponenten, sondern wird in Emoticon-Manier auf einem Bildschirm angezeigt. So lassen sich laut Hersteller per Gesichtsausdruck Emotionen besonders eindrucksvoll übermitteln. Anwender können dem Android-basierten Androiden mit Hilfe mitgelieferter Verhaltensmodule per Drag and Drop neue Fertigkeiten beibringen. Alternativ lassen sich Maus und Tastatur anschließen, sodass direkt auf dem Roboter programmiert werden kann.
Auch das bereits erwähnte US-Unternehmen Boston Dynamics ist auf der CEBIT vertreten. Der Roboterbauer wurde vor allem durch hundeähnliche vierbeinige Maschinen bekannt, etwa den von der US-Militärbehörde DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) geförderten, geländegängigen BigDog oder den gelben SpotMini, der selbstständig Türen öffnen kann. Boston Dynamics hat aber auch humanoide Maschinen im Portfolio, darunter den rund 1,50 Meter großen Atlas. Der zum Teil im 3D-Druckverfahren gefertigte Roboter soll sich durch ein bemerkenswertes Balanceverhalten auszeichnen und selbst dann nicht stürzen, wenn man ihn anrempelt oder schubst. Sollte er doch einmal fallen, kann er sich laut Boston Dynamics selbst wieder auf die Beine helfen. Atlas wird man auf der CEBIT nicht treffen, dafür kann man SpotMini und dessen Schöpfer Marc Raibert begegnen. Raibert, der Gründer von Boston Dynamics, wird am Messedienstag, 12. Juni, eine Keynote halten.
Human Robotics auf der CEBIT
Folgende Unternehmen und Institutionen stellen auf der Messe Produkte und Lösungen im Bereich Robotics vor:
  • SoftBank Robotics: Halle 17, Stand B44
  • Technische Universität München, Robotics and Em­bedded Systems: Halle 27, Stand F82 (Partner bei Bayern Innovativ)
  • Deutsches Forschungszentrum, DFKI: Halle 27, Stand F62
  • Bundesministerium Bildung und Forschung: Halle 27, Stand E52
  • Karlsruher Institut für Technologie (KIT): Halle 27, Stand G52
  • Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Transfer- und Gründerzentrum (TUGZ): Halle 27, Stand G78 (Partner bei Forschung für die Zukunft)
  • China Gemeinschaftsstand Robotics: Halle 26, Stand A68/1
  • Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS: Halle 27, Stand E78 (Partner bei Fraunhofer-Gesellschaft)
  • FAST RICH Robot Technology: Halle 11, Stand B20, (Chinesischer Pavillon)
  • LuxAI: Halle 27, Stand E69 (Partner bei Chambre de Commerce de Luxembourg)
  • CPS.HUB NRW: Halle 12, Stand B43
5. Teil: „Konzept ohne Geschäftsmodell?“

Konzept ohne Geschäftsmodell?

  • Roboy: Das Skelett des von der Universität Zürich und der TU München entwickelten Roboters besteht aus Kunststoff und kommt aus dem 3D-Drucker.
    Quelle:
    Adrian Baer
Humanoide Roboter faszinieren und wecken Science-Fiction-Fantasien. Nicht alle Robotik-Experten sind jedoch vom wirtschaftlichen Wert dieses Konzepts überzeugt. „Die Frage ist nicht entschieden, ob der humanoide Roboter für die Nutzung im privaten Umfeld eine sinnvolle Lösung darstellt“, findet Alois Knoll von der TU München. „Wo braucht man die exakte Form, die kompletten Fähigkeiten eines Menschen, wo ist das Geschäftsmodell?“ Dabei steht Knoll dem Thema durchaus offen gegenüber, schließlich hat er im Jahr 2000 die erste Konferenz des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) über humanoide Roboter am Massachusetts Institute of Technologie (MIT) organisiert und gemeinsam mit Rolf Pfeifer von der Universität Zürich den Humanoiden Roboy entwickelt. „Auch wenn das aus Sicht der Forschung ein hochinteressantes Projekt ist, bleibt die Frage nach dem wirtschaftlichen Nutzen“, sagt Knoll. Martin Hägele vom Fraunhofer IPA sieht das ähnlich: „Die Frage ist, ob wir tatsächlich eine universell einsetzbare Maschine brauchen, die alle denkbaren Aufgaben erledigen kann, oder ob nicht spezialisierte Roboter sinnvoller sind, die eine begrenzte Zahl von Aufgaben schnell und zuverlässig bewältigen können.“
Hinzu kommen laut Alois Knoll viele ungelöste Fragen bei der Entwicklung androider Maschinen: „Das Problem ist, dass wir es bei Robotern mit Hardware zu tun haben.“ Während die KI-Forschung große Fortschritte gemacht habe, seien viele Fragen der Mechanik, etwa bei der Handbewegung, weitgehend offen: „Lösungen für den Masseneinsatz sind nicht in Sicht.“ Ein weiterer Faktor, der den Einsatz von humanoiden Robotern stark einschränke, sei die Energieversorgung: „Humanoide Roboter können es mit der Effizienz des menschlichen Körpers nicht aufnehmen, sie sind noch viel zu energiehungrig.“
Martin Hägele vom Fraunhofer IPA sieht dagegen vor allem noch Defizite in der Sensorik, aber auch in der Kogni­tion: „Bei allem was mit Wahrnehmung von Objekten, Umgebungen und Personen, mit kontextabhängiger Planung und mit dem Lernen aus Beispielen oder Erfahrungen zu tun hat, sind wir in der Robotik noch meilenweit von den menschlichen Fähigkeiten entfernt.“
6. Teil: „Falsche Ansätze“

Falsche Ansätze

Der Einsatz humanoider Roboter wirft aber auch eine ganze Reihe politischer und gesellschaftlicher Fragen auf. „Die Gesellschaft wird sich verändern, Arbeitsplätze werden verloren gehen“, warnt Tamim Asfour vom KIT, „wir müssen jetzt beginnen, diese Folgen zu diskutieren.“
Die Politik befasse sich zu wenig mit Zukunftsthemen, beklagt Asfour. „Vielleicht sollten die Politiker endlich einmal zuhören und die Wissenschaftler ernster nehmen.“ Nur wenn bereits jetzt die Weichen für die Entwicklung andersartiger Arbeitsplätze gestellt und die Ausbildungs- und Studiengänge reformiert würden, seien die Aufgaben zu bewältigen, so Asfour weiter. „In den vergangenen 20 Jahren hat sich nicht viel an den Lehrplänen und Lerninhalten geändert, das darf nicht so weitergehen.“
Alois Knoll von der TU München sieht eine neue Qualität vor allem in der Frage, inwieweit Roboter und KI-Systeme Entscheidungen treffen können und dürfen: „Die Gesellschaft muss sich darüber einig werden, ob man intellektu­elle Leistungen an Maschinen abtreten will oder nicht.“ Die Sorge, Roboter könnten in naher Zukunft die meisten menschlichen Arbeitsplätze übernehmen, kann Knoll nicht nachvollziehen: „Davon sind wir meilenweit entfernt. Es gibt heute noch nicht einmal vernünftige Bauroboter, obwohl sich in diesem Bereich viel automatisieren ließe.“ Roboter könnten vielmehr helfen, drängende gesellschaftliche Herausforderungen wie den Fachkräftemangel oder den demografischen Wandel in den Griff zu bekommen: „Wir führen eine völlig schräge Diskussion, wenn wir nur die Risiken betrachten.“

Fazit & Ausblick

Der Mensch ist in fast allen körperlichen Aspekten Mittelmaß. Er ist weder riesengroß noch winzig klein, kann nicht besonders schnell laufen, schlecht klettern und schwimmen, er hört und sieht nicht besonders gut und sein Riechvermögen ist im Vergleich zu anderen Säugetieren unterentwickelt. Warum sollten wir also Roboter nach unserem Ebenbild schaffen, die ebenfalls in keiner Disziplin wirklich Spitzenleistungen erbringen? Die Antwort ist so einfach wie naheliegend: Weil wir es können – oder zumindest gern können würden. Dabei ist der Nutzen humanoider Roboter zumindest in einer extrem menschenähnlichen Form fragwürdig. Am Fließband mögen geschickte Hände für einen Roboter von großem Vorteil sein, aber muss er auch noch reden und mit den Augen klimpern? In Hotels, Supermärkten, Seniorenzentren oder Krankenhäusern sind aufmerksame Roboter gefragt, die kluge Antworten und Hilfestellungen geben können,  doch müssen sie sich dazu auf zwei Beinen fortbewegen?
Können wir also überhaupt weitere Fortschritte bei der Entwicklung humanoider Roboter erwarten? Mit Sicherheit – allein deshalb, weil sich die Ergebnisse dieser Forschung auch für Spezialmaschinen einsetzen lassen. Ob aber humanoide Roboter wirklich einen reißenden Absatz finden werden, ist fraglich.

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