Künstliche Intelligenz und Wahrnehmung

Ein humaoider Roboter gibt einer Frau die Hand.

Künstliche Intelligenz

Künstliche Intelligenz und Wahrnehmung

Wenn Roboter einen Platz in unserer Gesellschaft einnehmen sollen, müssen sie mit Menschen kommunizieren, kooperieren, lernfähig werden und sich problemlos im Alltag bewegen können. Dafür brauchen sie Sinnesorgane, Sprache und Extremitäten.


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, sodass er nicht nur auf Personen und Hindernisse reagieren, sondern auch die ihm gestellten Aufgaben erfüllen kann.

Die Datenspeicher eines modernen Roboters können heute das Umfeld in Echtzeit aufnehmen und verarbeiten. Dadurch wird der Roboter nicht zur Gefahr für seine Umwelt. Ein mit Stereokameras ausgestatteter Roboter erkennt Menschen und Gegenstände an typischen Konturen, weiß in einer vertrauten Umgebung, 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 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.

Ein Roboter löst einen magischen Würfel.

Wird es je einen Roboter geben, der denken kann?

Unerreichtes Vorbild: das menschliche Gehirn

Die Zukunft der Verarbeitung von Sinneseindrücken liegt für viele Forscher 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.

Roboter wie der HRP-4, Asimo, COG oder NAO vollführen inzwischen beeindruckende Schauspiele. Sie sprechen, singen, tanzen auf zwei Beinen, jonglieren Gegenstände und zeigen sogar erstaunlich menschlich wirkende Mimik.

Allerdings wird der Bereich der humanoiden, das heißt der menschenähnlichen Roboter in der Forschung inzwischen eher vernachlässigt oder als spielerische Übung und PR-Instrument angesehen. Denn erstens ist der Bedarf an Humanoiden sehr gering. Und zweitens sind diese Roboter trotz allem Fortschritt immer noch meilenweit von den Fähigkeiten eines Menschen entfernt.

Elektronenmikroskop-Aufnahme von Nervenzellen aus dem Gehirn

Künstliche neuronale Netze lassen Roboter lernen

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. Inzwischen sind schon viele Smartphones mit Sprachprozessoren ausgestattet, die erstaunlich gut funktionieren.

Sie sind lernfähig und gewöhnen sich an ihren Benutzer und dessen Art zu reden. Auch in bestimmten Bereichen, wo ein fachspezifisches Vokabular verwendet wird, werden Sprachcomputer erfolgreich eingesetzt. So verfassen Mediziner ihre Befunde und Arztbriefe immer öfter mittels einer speziellen Software, die den diktierten Text sofort in ein Dokument umwandelt.

Das in mehrere Abschnitte unterteilte Bild zeigt den Kopf eines Roboters, der in jedem Abschnitt durch seine Mimik eine andere Stimmung audrückt.

Der 'Tourbot' kann Museumsbesucher führen

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 selbstständig operierende Roboter unerlässlich sein. Wie viele Informationen Weltraum-Roboter liefern können, haben mehrere Mars-Missionen 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 – 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.

Doch die Steuerung eines zweibeinigen Roboters 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 und auch Spinnen laufen erstaunlich gut und sicher auf sechs beziehungsweise acht 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 spinnenähnliche Roboter, die vielleicht einmal den Weg zum Mars antreten könnten.

Die Computerillustration zeigt einen Roboter auf vier Rädern, der vor einer kargen Felslandschaft steht.

NASA-Roboter 'Spirit'

Autoren: Jochen Zielke/Ingo Neumayer

Stand: 02.05.2018, 13:20

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