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Advancing Anticipatory Behaviors in Dyadic Human-Robot Collaboration

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Fortschrittliche KI sorgt für intuitive Roboter, die menschliche Handlungen vorhersehen können

Intelligente Roboter bergen das Potenzial, Einfallsreichtum, Geschick und Muskelkraft von Menschen am Arbeitsplatz zu ergänzen. Ein EU-finanziertes Projekt hat dafür Vorhersagemodelle entwickelt, die Robotern einen besseren Einblick in das menschliche Verhalten bieten.

Industrielle Technologien

Roboter nehmen in der industriellen Fertigung eine immer wichtigere Rolle ein, da sie Präzisionsarbeit leisten und den Herstellern helfen, ihre Fertigung effizienter zu gestalten. Entscheidend für die Einbeziehung von Robotern in die Arbeitsumgebung sind natürlich das Wohlergehen und die Sicherheit des menschlichen Personals. Dieses Anliegen hat zu einem neuen Konzept von Robotern als aktiven Teammitgliedern geführt. Roboter ersetzen keine Arbeitskräfte, sondern ergänzen und verstärken das menschliche Fachwissen. „Die physische Interaktion zwischen Mensch und Roboter hat sich zu einer Schlüsseltechnologie entwickelt, die sowohl für die Industrie als auch für die Gesellschaft von großem Nutzen sein kann“, erklärt der Koordinator des Projekts An.Dy (Advancing Anticipatory Behaviors in Dyadic Human-Robot Collaboration) Francesco Nori vom Italienischen Institut für Technologie. „Ein wichtiger Aspekt ist dabei die Fähigkeit der Roboter, auf unvorhersehbares Verhalten oder unbeabsichtigte Berührungen zu reagieren.“

Vorausschauende Verhaltensmodelle

Die Grundannahme des EU-finanzierten Projekts An.Dy bestand darin, dass Roboter für eine physische Zusammenarbeit dazu in der Lage sein müssen, besser zu verstehen und vorherzusagen, was menschliche Teammitglieder tun. Das Projekt wollte zu diesem Zweck die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter auf die nächsthöhere Ebene heben. „Daten über die menschliche Bewegung, Herzfrequenz, Blutdruck, Temperatur und andere Faktoren können von tragbaren Geräten erfasst werden“, erklärt Nori. „Die Analyse dieser Daten kann Maschinen dabei helfen, zu ‚lernen‘, Absichten zu erkennen und menschliche Handlungen vorherzusehen.“ Das Projektteam begann mit der Beobachtung des Zusammenspiels von Robotern und Menschen an der Fertigungslinie. Aus diesen Erkenntnissen wurde eine Datenbank mit Roboter-Mensch-Interaktionen aufgebaut. Auf der Grundlage dieser Daten wurde der An.Dy Suit entwickelt, ein tragbarer Anzug, der die Bewegung und vor allem den physischen Druck und die körperlichen Kräfte aufzeichnet. Der Anzug ähnelt der Art von Anzügen zur Bewegungserfassung, die beim Film verwendet werden. Es wurden riesige Mengen an Bewegungsdaten von Arbeitskräften gesammelt, die verschiedene körperliche Aufgaben, wie z. B. die Montage von Fahrzeugen, ausführen. Damit wurden neue Vorhersagemodelle für das dynamische Verhalten des Menschen erarbeitet. Diese Modelle könnten nun die Arbeitsumgebungen für Roboter und Mensch revolutionieren. „Durch die Messung und Modellierung der menschlichen Ganzkörperdynamik können wir Robotern nun ein völlig neues Bewusstsein für menschliche Absichten und Ergonomie vermitteln“, fügt Nori hinzu. Eine unvorhergesehene Anwendung ergab sich während der COVID-19-Pandemie. Das Projektteam konnte einen Prototyp eines intelligenten Armbands entwickeln, das Entfernungen zwischen Menschen überwachen kann und einen Alarm sendet, wenn die Körpertemperatur dertragenden Person 37,5 °C überschreitet. Die Forschenden arbeiten derzeit an einem zweiten Prototyp, den sie auf den Markt bringen wollen.

Künftige Mensch-Roboter-Zusammenarbeit

Diese Durchbrüche unterstreichen das Potenzial, das eine verbesserte Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter mit sich bringen könnte. Kurzfristig ist dies vielleicht am bemerkenswertesten in der Fertigung, dem Kernbereich des An.Dy-Projekts. Intelligente Exoskelette könnten menschliche Absichten in Echtzeit vorhersehen und so bei Aufgaben wie dem Heben schwerer Lasten behilflich sein. Ein fortschrittlicher kollaborativer Roboter könnte auch seine Geschwindigkeit und Empfindlichkeit an die körperlichen Eigenschaften einer bestimmten Arbeitskraft anpassen, die beispielsweise ein komplexes mechanisches Teil an seinen Platz manövriert. „Exoskelette, die in der Lage sind, Schwerarbeit zu unterstützen, könnten eine Schlüsselrolle bei der Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit Europas spielen“, so Nori. „Steigerungen der Produktivität können durch flexiblere und effektivere Fertigungsverfahren erreicht werden. Unsere Vision besteht darin, dass sich die Kraft und der Einfallsreichtum von Menschen und Robotern optimal kombinieren lassen.“ Eine Verringerung der körperlichen Belastung des Personals könnte dazu beitragen, Verletzungen zu minimieren und damit die Kosten für Gesundheitsfürsorge und Entschädigungsleistungen zu senken. Auch im Bereich des betreuten Wohnens sind Chancen gegeben. Roboter, die in der Lage sind, die Bedürfnisse ihrer Nutzenden vorauszusehen, könnten älteren Menschen helfen, länger selbständig zu leben, indem sie ihnen bei alltäglichen Aufgaben wie dem Gehen und Heben von Gegenständen helfen.

Schlüsselbegriffe

An.Dy, Roboter, Industrie, Exoskelette, Fertigung, Automobil, Arbeitsbereich, kollaborativ, Mensch

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