Intuitive Steuerung von Roboterarmen durch KI-gestützte Vorschläge
Zur Beschleunigung der Interaktion zwischen Nutzenden und Assistenzrobotern hat das im Projekt DOF-Adaptiv forschende Team eine vereinfachte Steuerung entwickelt: Der Roboter erkennt die Situation (z. B. Glas) und schlägt eine passende Bewegungsart vor (z. B. anheben). Entspricht diese Bewegung der Intention des Nutzenden, lässt sie sich bequem in einem Schritt ausführen. Dabei behält der Mensch jederzeit die Kontrolle über den kompletten Bewegungsablauf.
Roboterarme sind eine große Hilfe im Alltag von Menschen, die ihre eigenen Arme und Hände nicht oder nur eingeschränkt nutzen können. Da sich Assistenzroboter jedoch auf sechs verschiedene Arten bewegen können, ist ihre Steuerung oft anstrengend und zeitraubend. Denn Nutzende müssen zwischen den jeweiligen Bewegungsarten einzeln umschalten. Hier ließe sich die Steuerung stark vereinfachen und beschleunigen, wenn der Roboter den Bewegungswunsch der Nutzenden antizipieren und beispielsweise über eine intelligente Brille angesteuert werden könnte.
Die Forschenden entwickelten ein System, das die jeweilige Situation über eine 3D-Kamera an der Roboterhand ermittelt. Künstliche Intelligenz (KI) analysiert die Situation und schlägt eine Bewegungsart vor. Diesen Vorschlag blendet das System als visuelles Symbol in eine intelligente Brille ein. Wird die Bewegung gewünscht, können Nutzende sie durch Kopfnicken auswählen. Dadurch ergibt sich ein deutlicher Zeitgewinn. Wird die Bewegung nicht gewünscht, muss sie gewechselt werden. Dabei agiert die KI nie allein, denn letztlich steuert immer der Mensch die Bewegung.
Zunächst trainierten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die KI durch Virtual Reality-Aufzeichnung alltäglicher Bewegungen. Es stellte sich jedoch als effizienter heraus, der KI nur die Objekterkennung beizubringen. Der passende Bewegungsvorschlag und die dazugehörige Bewegung ließen sich besser „klassisch“ programmieren.
Die Art, wie den Nutzenden die Bewegungsvorschläge angezeigt werden, war eine große Herausforderung. Studien zeigten, dass eine abstrahiert symbolische Darstellung am besten funktioniert. Potenzielle Nutzerinnen und Nutzer begleiteten den Entwicklungsprozess von Anfang an. Sie wählten zunächst konkrete Alltagsaktivitäten aus, die untersucht werden sollten. Später evaluierten sie den Demonstrator. Die Evaluation zeigte, dass die entwickelte adaptive Steuerung die Nutzung des Roboterarms zwar schneller, allerdings auch kognitiv anspruchsvoller macht.
Das Forschungsteam hat sich auf Greifbewegungen konzentriert, weil diese besonders viele Schritte zur Feinkorrektur erfordern, sofern keine adaptive Steuerung genutzt wird. Eine weiterführende Forschungsfrage wäre, welche anderen Bewegungen von einer adaptiven Beschleunigung durch KI profitieren könnten.