Planet Wissen
KI und Wahrnehmung

Sinnesorgane

Wenn Roboter für Menschen Dienstleistungen übernehmen sollen, müssen sie ihre Umgebung erkennen, flexibel auf Veränderungen im Raum und auf Sprachbefehle reagieren können. Sie brauchen Augen und Ohren, müssen über einen Tastsinn verfügen. Für letzteren, der für Beine, Arme oder Hände wichtig ist, gibt es heute verschiedene Sensortypen. Mikrofonsysteme verleihen Robotern Ohren. Die Rolle der Augen können je nach Robotertyp und Aufgabenart zum Beispiel Laser- oder Infrarotsensoren zur Abstandserkennung übernehmen oder auch verschiedene Formen von Kamerasystemen. Stereokameras – aber auch die anderen "Sinnesorgane" - vermitteln dem Roboter ein Bild von der Umwelt, so dass er nicht nur auf Personen und Hindernisse reagieren, sondern auch die ihm gestellten Aufgaben erfüllen kann.

Die Momentaufnahme der Umweltrealität wird mit entsprechenden Datenspeichern des Roboters heute meistens in Echtzeit verglichen. Dadurch wird ein moderner Roboter nicht zur Gefahr für seine Umwelt. Ein mit Stereokameras ausgestatteter Roboter erkennt Menschen und Gegenstände an typischen Konturen, weiß was eine Tür, ein Gang oder ein Fahrstuhl ist. Mit den gespeicherten Lageplänen seiner Umgebung bewegt er sich zwischen verschiedenen Standorten sicher hin- und her. Darüber hinaus verfügen die Roboter über oft vielfach verschachtelte Computerprogramme, die auf der Grundlage der Umweltinformationen die Handlungen des Roboters steuern. Künstliche Intelligenz zeigt sich, wenn dem Roboter mehrere Handlungsalternativen zur Verfügung stehen und er entscheiden oder planen muss. So können durchaus verschiedene Wege ans Ziel führen oder aber geschlossene Türen Umwege erfordern.

Die Zukunft der Verarbeitung von den Sinneseindrücken liegt vermutlich in neuronalen Netzen. Sie ahmen den Aufbau und die Funktionsweise des menschlichen Gehirns nach. Die verschiedenen Gehirnareale mit ihren speziellen Aufgaben entsprechen einzelnen Datenbanken und Handlungsprogrammen. Sind sie wie die Nervenzellen im Gehirn miteinander verkoppelt, können Roboter zwischen unterschiedlichen Handlungen wählen und entscheiden, aber auch komplexere Aufgaben bewältigen. Sinnvolles Planen und damit auch die Anpassungsfähigkeiten an die Umgebung sind wie beim Menschen wichtige Grundlagen einer künstlichen Intelligenz. Neuronale Netze versetzen den Roboter auch in die Lage zu lernen. Er kann bei der Bewältigung seiner Aufgaben Erfahrungen machen und seine Handlungen optimieren.

Ein Beispiel für solch einen lernfähigen Roboter ist "COG" vom Massachusetts Institut of Technology in den USA. "COG" hat gelernt, eine feine, metallische Spiralrolle auf seinen Händen zu jonglieren (siehe Video). Über seine Stereokameras verfolgt "COG" ständig die Bewegungen der Spiralrolle und verändert je nach ihrer Lage seine Handbewegungen, sodass die Spirale nicht mehr herunterfällt. "COG" ist zur Zeit einer der vielversprechendsten, humanoiden Prototypen auf dem Weg zu autonomen Robotern, die sich selbständig an neue Umgebungen und Aufgaben anpassen könnten.

Sprache

Serviceroboter als Helfer im Alltag müssen mit Menschen kooperieren und kommunizieren können. Sie sollten also über eine Sprachsoftware verfügen, die klar Sinn und Bedeutungszusammenhang von Wörtern in Sätzen versteht. Auf diesem Gebiet hat es große Fortschritte gegeben. Im letzten Jahr wurde die Spracherkennungssoftware "Verbmobil" mit dem Deutschen Zukunftspreis ausgezeichnet. Verbmobil wurde vom Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz in Saarbrücken entwickelt und hat den Weg in den Alltag bereits geschafft. Mit Verbmobil-Softwareprodukten kann man per Wort Autoradios oder Computern Befehle erteilen. Verbmobil versteht und spricht Deutsch, Englisch und Japanisch und kann als Sprachautomat übersetzen, entweder direkt von Angesicht zu Angesicht oder auch per Telefon. Auch hinter vielen Telefonauskünften könnte zukünftig Verbmobil oder eine ähnliche Sprachsoftware stecken. Es gibt bereits Roboter, die über ähnlich intelligente Sprachsoftware verfügen und Fragen beantworten. Ein Beispiel wäre "Tourbot" – der Prototyp eines Museumsroboters, der heute schon in einigen Museen im Einsatz ist. Auch der Roboter "Kismet" – ein Produkt der High-Tech-Schmiede "MIT" in Cambrige, Boston - kann sich mit Menschen scheinbar schon intelligent unterhalten. Doch die Qualität der Kommunikation hängt immer noch vom Umfang der programmierten Dialog-Sequenzen ab.

Am Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz in Saarbrücken könnten Besucher demnächst von "Cyberella", einer virtuellen Empfangsdame, begrüßt werden. Cyberella könnte auf einem Plasma-Bildschirm erscheinen oder vielleicht auch einmal als Hologramm. Dank Kameras und Mikrofonen in der Umgebung ist Cyberella dann zum Dialog bereit und erteilt Auskünfte. Sie soll sogar einen eigenen Charakter bekommen und auf die Stimmung des Besuchers reagieren. Cyberella ist eine Kunstfigur, ein sogenannter Avatar, das heisst eine Stellvertreter-Persönlichkeit für einen Menschen. Viele Chatroom-User im Internet haben sich schon einfache Avatare geschaffen, um ihrer Persönlichkeit Ausdruck zu verleihen. Die zukünftigen Avatare sollen aber von Internetseiten auch Dialoge mit Internet-Surfern führen können. Ein einfaches Beispiel gibt es bereits auf der Website des Finanzministeriums Nordrhein-Westfalen. Hier gibt "Lukas Sonnenschein" Steuertipps. Er soll die vielleicht etwas "trockene" Website interessanter gestalten. Eine richtige Kommunikation ist aber noch nicht möglich. Auch die Spielzeug-Industrie setzt schon länger Sprachsoftware ein. Sprechende Kinderpuppen oder Roboter-Hunde wie zum Beispiel "Aibo" reagieren zwar auf Sprachbefehle, aber mehr als ein erster Schritt auf dem Weg zu künstlicher Intelligenz sind diese Systeme wohl nicht.

Bewegung

Die größte Triebkraft für die Entwicklung autonomer Roboter kommt sicher von Seiten der Weltraum-Forschung. Wenn man die Oberfläche ferner Planeten erkunden will, werden selbständig operierende Roboter unerlässlich sein. Wie viele Informationen Weltraum-Roboter liefern können, hat bereits die erste Mars-Mission gezeigt. Der Mars wäre sicher auch noch für Menschen erreichbar, aber schon bei den anderen Planeten unseres Sonnensystems sind bei dem heutigen Stand der Technik Grenzen gesetzt. Hinzu kommen die extrem lebensfeindlichen Umgebungen, die Robotern nicht zu schaffen machen würden - ebenso wenig wie Reisedauer und Missionslängen.

Neben Sinnesorganen und Sensoren ist für Weltraumroboter die freie Bewegungsmöglichkeit entscheidend, die dritte Voraussetzung bei der Entwicklung künstlicher Intelligenz. Erkundungsroboter müssen zumindest über Räder oder Raupenantrieb verfügen, besser noch wären allerdings Beine. Mit ihnen ließen sich Hindernisse am besten überwinden. Hinzu kommt, dass Weltraumroboter ihre Routen selbst planen und durchführen müssen. Eine Fernsteuerung in Echtzeit ist nicht möglich. Funksignale brauchen zum Mars schon mehrere Minuten, zu weiter entfernteren Planeten sogar Stunden.

Der Star eines humanoiden, zweibeinigen Roboters ist heute sicher der "Honda-Man". Er kann Treppensteigen und sich verbeugen, also auch sein Gleichgewicht halten. Doch die Steuerung eines zweibeinigen Roboter hängt von sehr vielen Variablen ab, ist ungeheuer kompliziert und verlangt einen extremen Rechneraufwand. Viel einfacher ist es, sich bei der Konstruktion von Laufrobotern an Vorbildern aus der Natur zu orientieren. Viele Insekten – wie zum Beispiel Spinnen - laufen erstaunlich gut und sicher auf 6 Beinen. Jedes Bein wird quasi von einem eigenen Gehirn dezentral gesteuert, ist aber durch neuronale Vernetzung immer über die Bewegungen der anderen Beine informiert. Wenn ein Bein einmal keinen richtigen Kontakt bekommt, gleichen die anderen Beine fehlende Stabilität aus. Spinnen kommen beim Laufen so auch ohne komplexes Gehirn gut zurecht. Nach ihrem Vorbild konstruieren Robotik-Experten momentan "Skorpion", einen spinnenähnlichen Roboter, der vielleicht den Weg zum Mars antreten könnte. Spielerischer Wettbewerb ist sicher auch ein großer Ansporn für die Weiterentwicklung von Robotern.

Vor einigen Jahren wurden Weltmeisterschaften im Roboter-Fußball eingeführt. Fußball-Roboter bewegen sich zwar auf Rädern, dafür sind sie aber enorm wendig und schnell. Und da eine Mannschaft aus mehreren Spielern besteht, kommt ein weiteres Problem hinzu. Die Roboter müssen ihre Bewegungen schnell koordinieren, nur dann sind sie als Mannschaft erfolgreich. Roboter-Fußballer sind ein weiteres Beispiel für die vielfältigen Anforderungen an künstliche Intelligenz. Autonome Roboterfußballer müssen ihr Umfeld wahrnehmen können, sich schnell bewegen und reagieren können, untereinander kooperieren sowie ihre Aktionen planen. Und jubeln werden sie in Zukunft vielleicht auch noch.