Die Champions vom Rhein

Da lösen die Forscher dann schon mal eine blockierende Bremse mit einem kleinen Stift und einem Klebeband um den Ellenbogen des Roboters, was beim XPRIZE die Funktionstüchtigkeit eines Roboterarms wieder herstellte. Ihre Maschinen passen die Forscher jeweils an die speziellen Anforderungen der Wettbewerbe an. So nimmt die Uni Bonn in der Humanoid-Adult-Size-Liga des RoboCup-Fußballturniers mit 1,35 Meter großen, zweibeinigen Robotern teil. „Das Endspiel 2023 hat unser Team mit 8:0 Toren deutlich gegen Südkorea gewonnen“, berichtet Memmesheimer stolz, „aber 2024 mussten wir uns gegen eine kalifornische Mannschaft geschlagen geben. Deren Fußballroboter verfügten über stärkere Motoren und waren einfach kräftiger und agiler.“

Ein Zentaur auf Rädern

Momaro, der am Wettbewerb der weltbesten Katastrophenschutzroboter teilgenommen hat, ist kein Zweibeiner, sondern gleicht einem metallenen Zentauren, der sich auf vier Beinen fortbewegt. Jedes Bein endet in einem lenkbaren Paar von Rädern. Die XPRIZE-Avatar-Roboter hingegen haben einen menschenähnlichen Oberkörper auf einer rollenden Plattform mit gelenkigen Armen und Fünffingerhänden. Und Tiago verfügt über einen sehr beweglichen Untersatz mit vier Rädern, zwei Greifarmen sowie einen flachen Kopf mit quer liegenden Augen und spitzen Antennen, die wie kleine Hörner nach oben ragen. „Die Maschine stammt von einem Roboterhersteller aus Spanien, aber wir haben noch einen Laserscanner und ein Display hinzugefügt sowie einen Rechner mit guter Grafikkarte für die Bildverarbeitung“, erläutert Memmesheimer. „Und wir haben den Rumpf des Roboters verlängert, damit er besser mit Objekten auf höheren Tischen agieren kann.“

Mit all dem war Tiago optimal für den RoboCup@Home-Wettbewerb gerüstet. Denn dort musste der Roboter autonom viele Aufgaben erfüllen, die im Haushalt zu erledigen sind: beispielsweise einen Frühstückstisch decken, in einem Restaurant bedienen, Tische abräumen und einen Geschirrspüler befüllen, wie ein Butler Gäste empfangen und sie anderen Gästen mit Namen vorstellen oder einer Person in belebter Umgebung folgen und ihr beim Tragen von Einkäufen helfen. Diese Einkäufe musste Tiago dann in Regale sortieren: die Softdrinks zu den Getränken, die Chipstüten zu den Snacks und so weiter.

Auf die Schuhe achten!

„Insgesamt waren beim RoboCup@Home zehn Aufgaben zu bewältigen und manche davon waren eine echte Herausforderung“, sagt Memmesheimer. So musste Tiago auch dafür sorgen, dass sich Feiernde bei einer Party richtig benehmen, dass sie ihren Abfall zum Mülleimer bringen oder ein verbotenes Zimmer – das Schlafzimmer – nicht betreten. „Das Schwierigste war, dass die Gäste in der Wohnung keine Schuhe tragen durften“, erklärt der Forscher. Doch wie soll ein Roboter beliebig geformte Schuhe erkennen? „Da hat Tiago dann manchmal die Socken mit Schuhen verwechselt“, berichtet Memmesheimer schmunzelnd.

Gegenüber früheren Wettbewerben haben sich die Fähigkeiten der Roboter allerdings enorm verbessert – vor allem dank Systemen der Künstlichen Intelligenz wie GPT-4o, die Sprache und Bilder gleichermaßen verarbeiten können, und einer leistungsfähigen Bildverarbeitung. „Früher redeten unsere Maschinen schon mal mit hochgewachsenen Topfpflanzen statt mit Menschen“, sagt Raphael Memmesheimer lachend. „Das passiert heute nicht mehr.“

Mit dem Salat auf der Siegerstraße

Auch die von dem Team frei wählbare Aufgabe im Finale wäre vor wenigen Jahren kaum lösbar gewesen. Da bat ein Jurymitglied den Roboter, in die Küche zu fahren und Zutaten für einen Salat mit Fleischbeilage zu finden. „Dafür müssen Sprachverarbeitung und Bilderkennung perfekt zusammenwirken. Das hat Tiago viele Siegpunkte gebracht.“

Noch schwierigere Aufgaben lassen sich lösen, wenn die Roboter nicht autonom arbeiten, sondern durch Menschen ferngesteuert werden. Genau das war das Ziel des hochdotierten XPRIZE-Wettbewerbs. Dabei setzte sich jemand, der nicht Teil des NimbRo-Teams sein durfte, eine Brille mit Kopfhörern und Bewegungsmarkern auf und steckte die Arme in eine Art Exoskelett mit Handschuhen. Damit konnte diese Bedienperson dann genau das sehen, hören und sogar fühlen, was der weiter entfernte Roboter sah, hörte und fühlte – und zwar in Echtzeit.

Wenn der Mensch im Exoskelett seinen Kopf drehte, wurde das auch in entsprechende Bewegungen des Roboterkopfes umgesetzt. Über eine Wippe, auf der die Füße ruhten, ließen sich zugleich die Räder des Roboters steuern. Und ein Display, das am Kopf des Roboters befestigt war, zeigte ein Bild des Bedieners samt Augen- und Lippenbewegungen, während ein Lautsprecher die Audiosignale übertrug. In etwas mehr als einer halben Stunde ließ sich auf diese Weise lernen, wie der Telepräsenz-Roboter zu steuern war.

Anschließend war eine ganze Reihe von Aufgaben zu erledigen. So sollte der ferngesteuerte Roboter mündliche Anweisungen entgegennehmen, durch einen Hindernis-Parcours fahren, Schalter umlegen, Thermoskannen wiegen und in kleine Vertiefungen stecken sowie mit einem Akkuschrauber hantieren, um eine verschraubte Tür zu öffnen. „Dahinter lagen raue und glatte Steine, und man sollte aus der Ferne allein über die Roboterhände, also ohne Sichtkontakt, einen rauen Stein erfühlen und herausholen“, berichtet Memmesheimer. All das erledigte der Mensch im Exoskelett mit dem Avatar-Roboter so flink und präzise, dass dem NimbRo-Team der Gewinn gegen 16 andere Wettbewerber nicht mehr zu nehmen war. Der NimbRo-Roboter war im Finale sogar doppelt so schnell wie der Zweitplatzierte aus Frankreich und fast viermal so schnell wie der Drittplatzierte aus den USA.

Fünf Millionen für die Forschung

„Inzwischen sind die fünf Millionen Dollar Siegprämie an der Uni Bonn angekommen und wir können sie frei für unsere Forschung einsetzen“, freut sich Institutsleiter Sven Behnke und ergänzt: „Das ist die höchste Gewinnsumme, die je bei einem Roboterwettbewerb ausgezahlt wurde.“ Maschinen mit Teleoperation wie beim ANA-Avatar-XPRIZE-Wettbewerb seien gut geeignet, meint Behnke, um deren Daten als Trainingsmaterial für autonom agierende Roboter einzusetzen: „Denn letztlich ist es unser Ziel, den Menschen nach und nach aus der Steuerung der Roboter herauszunehmen.“ Dann würde ein Mensch nicht mehr einen einzelnen Roboter bedienen, sondern vielleicht 100 Roboter betreuen, aber er müsse nur in etwa einem Prozent der Fälle eingreifen – „nämlich dann, wenn die Maschine um Hilfe bittet, weil sie erkennt, dass sie auf sich allein gestellt nicht weiterkommt.“

Doch wie lässt sich so etwas erreichen? „Die Roboter müssen ein eigenes Bewusstsein entwickeln“, fordert Behnke etwas provokativ. Damit meint er allerdings kein Ich-Bewusstsein wie bei Menschen, sondern die Fähigkeit, sich auf Wesentliches zu fokussieren, vorauszudenken, Risiken einzuschätzen und Aktionen erst in Gedanken zu simulieren, bevor sie ausgeführt werden. Routinehandlungen wie Laufen und Greifen müssen die Roboter von morgen so automatisiert ausführen und modular zusammensetzen, wie ein Mensch etwa auf ein Fahrrad steigt, es ausbalanciert und die Straße entlangfährt.

„Da das Arbeitsgedächtnis nicht beliebig groß ist, müssen Roboter – wie wir auch – ihre Aufmerksamkeit auf die wichtigen Dinge und die schwierigen Aufgaben richten“, erklärt Behnke. Sie müssen in der Lage sein, Abläufe mit Zwischenschritten zu planen und vorher zu überlegen, wo sich Probleme ergeben könnten und wie diese zu lösen sind.

Die Modelle, die man dafür braucht, können teils vorgegeben sein, zum Beispiel in Form von Regeln. Diese Regeln können dem Roboter etwa vorgeben, dass ein Objekt, das hinter einem anderen verschwindet, nicht weg ist, sondern meist wieder auftaucht. Oder sie definieren, dass Gegenstände, wenn sie losgelassen werden, normalerweise nach unten fallen. Teilweise kann ein Roboter so etwas auch aus Erfahrung lernen, ähnlich wie dies Kleinkinder beim Spielen tun – oder er kann es durch logische Schlussfolgerungen aus anderem Vorwissen ableiten.

Automaten mit Bewusstsein

Doch je weiter eine Planung in die Zukunft reicht, desto unschärfer wird die Vorausschau, weil die Zahl der möglichen Alternativen mit der zeitlichen Distanz exponentiell wächst. „Die dann notwendige Abstraktion, die symbolartigen Repräsentationen und Kategorisierungen, die Modellierung von Unsicherheiten sowie die dazu erforderliche Selbstbeobachtung – all diese Dinge sind für mich wichtige Bestandteile von Bewusstsein“, stellt Behnke fest. Und genau das werden nach Einschätzung des Bonner Wissenschaftlers die Roboter der Zukunft benötigen, wenn sie für Menschen eine echte Hilfe sein sollen.