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Eine Roboterhand mit einer Kaffeetasse.

"Das Heinzelmännchen ist die Vision"

Schon heute werden Roboter in der Chirurgie verwendet, in Zukunft könnten sie auch alte Menschen beim Wohnen unterstützen. Doch dazu müssen die Maschinen noch menschlicher und flexibler werden.

Mechatronik 14.07.2010

Mit solchen Aufgaben befasst sich die Mechatronik, ein Fachgebiet, das Mechanik, Elektrotechnik und Informatik kombiniert – Gerhard Hirzinger, der Leiter des Instituts für Robotik und Mechatronik am deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt, spricht in einem Interview über Elektroden im Gehirn und Roboter im Weltall.

science.ORF.at: Sie entwickeln an Ihrem Institut den Roboter Justin. Wofür könnte er in Zukunft eingesetzt werden?

Porträt Gerhard Hirzinger

DLR

Gerhard Hirzinger arbeitet seit 1969 am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt und leitet seit 1992 das dortige Institut für Robotik und Mechatronik. Hirzinger war Vorsitzender des German council on robot control, erhielt 1995 den Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis, den höchstdotierten deutschen Förderpreis, und 2004 das Bundesverdienstkreuz am Bande.

Bei den diesjährigen Technologiegesprächen des Europäischen Forums Alpbach diskutiert Hierzinger im Arbeitskreis "Mechatronik - die stille Revolution".

Gerhard Hirzinger: Ein langfristiges Ziel in der Raumfahrt ist es, Astronauten durch robotische Systeme zu entlasten oder zu ersetzen, und zwar durch solche, die auch wirklich mit dem Menschen kooperieren können. Justin ist ein bisschen unser Aushängeschild.

Die Endversion wird zwar anders aussehen, aber er hat immerhin Oberkörper, Kopf, Rumpf, zwei Armen und zwei Hände. Er ist auf vier Rädern mobil und kann sich in alle Richtungen bewegen. Auf dem Mond oder anderen Planeten braucht man Mobilität.

Dass wir nicht ganz falsch liegen mit so einem Oberkörper, zeigt auch die Aktivität der Nasa, die – wahrscheinlich Anfang nächsten Jahres – einen eigenen künstlichen Oberkörper zur Raumstation schicken wird. Das ist der Nasa-Robonaut.

Roboterarme, wie sie Justin verwendet, lernen an Ihrem Institut Bälle zu fangen. Ist das für Roboter schwierig?

Das ist eine Aufgabe, die nicht jeder und auch nicht jedes Kind gleich beherrscht. Das muss man erst lernen. Die Finger müssen sehr schnell zugreifen. Die Kräfte, die auftreten, wenn der Ball auf die Finger trifft, sind erstaunlich hoch. Man muss aufpassen, dass man die Finger nicht kaputt macht. Da geht es auch um schnelle Bildverarbeitung. Wenn man vorausrechnen kann, wo der Ball hinfliegt, kann man die Hand dort hin bewegen und muss dann vor allem die Finger sehr schnell schließen.

Statt rollenden Robotern könnte man aber auch krabbelnde einsetzen.

Der Roboter Justin.

DLR

Der Roboter Justin vom DLR.

Wir haben beim DLR-Krabbler die Finger unserer DLR-Hand als Beine verwendet und einen „Oberkörper“ drauf gesetzt, wo die Steuerung drinnen sitzt – wie bei einem Käfer. Wenn man auf den Krabbler draufdrückt, dann gibt er nach. Wenn man loslässt, kommt er wieder hoch. Dieses Nachgiebigkeitsprinzip halten wir für sehr wichtig für die gesamte Robotik. Wir sprechen auch von Soft Robotics.

Wo könnte man den Krabbler einsetzen?

Die Vorstellung ist, solche Roboter in größerer Zahl auf Mond oder Mars abzusetzen, sodass es auch nichts macht, wenn der eine oder andere kaputt geht. Also ganze Schwärme von Krabblern, die in Krater hinein klettern und Untersuchungen machen. Noch besser ist es natürlich, wenn so ein Krabbler auch Greifwerkzeuge hat und Proben entnehmen kann. Es ist eine schwierige Diskussion, was auf unebenem Gelände besser ist: radgetriebene Systeme oder „Krabbeltiere“. Das muss man im Einzelfall entscheiden.

Wodurch will man Roboter noch verbessern?

In der klassischen Robotik hat man versucht, mit großem Gewicht, großer Steifigkeit und reiner Positionssteuerung, irgendwelche Genauigkeiten zu garantieren. Aber man hat festgestellt, dass herkömmliche Industrieroboter, die dann auch noch hinterm Schutzzaun abgeschirmt sind, nicht in der Lage sind, irgendwelche feinfühligen Montagetätigkeiten durchzuführen.

Der Mensch mit seinem leichten und nachgiebigen Arm kann positionsmäßig nichts garantieren, aber es gelingt ihm über die Rückkopplung mit Auge und Gefühl, durch die Weichheit und Nachgiebigkeit des Armes in kurzer Zeit komplexe Teile mit kleinen Toleranzen zusammenzufügen. Das hat uns immer frappiert. Deswegen haben wir gesagt, wir machen Robot-Arme lieber leicht und nachgiebig, also ganz konträr zur klassischen Robotik. Immer näher zum Menschen hin ohne Schutzzäune: Das ist die Botschaft.

Das heißt Roboter müssen in Zukunft ihre Umgebung besser wahrnehmen?

Sendungshinweis:

Der Mechatronik ist heute auch ein Beitrag in der Sendung Dimensionen von Radio Österreich 1 gewidmet:
Mechatronik – Wie Technik die Welt von morgen gestaltet
14. Juli 2010, 19:06 Uhr

Alle Roboter, die aus der Fabrik rauskommen, sollten Sensoren haben. Ohne Bildverarbeitung sollte kein Roboter mehr ausgeliefert werden und er sollte jede Berührung mit der Umwelt spüren. Wir haben in der Tat eine „ganzarmige“ Gefühlswelt in unseren Roboterarmen erreicht: Wo immer man ihn berührt, der Roboter weiß, in welchem Armsegment er berührt wird und kann ausweichen und stoppen. Auge und Gefühl müssen in der Zukunft der Robotik zusammenfließen.

Wie hat im Vergleich dazu das Experiment mit dem ferngesteuerten Roboterarm an Bord der Columbia funktioniert, das sie geleitet haben?

Das war das Rotexexperiment 1993. Es war ein kleiner Arm innerhalb der Ladebucht der Columbia. Man hat versucht Gewicht zu sparen, aber der Arm war 40 Kilo schwer und konnte sich in der Schwerkraft nicht selber halten. Wir mussten ihn am Boden mit Seilen entlasten. Daher kam von uns der Wunsch, künftig viel leichtere Arme zu bauen und so ist die ganze Leichtbauphilosophie bei uns entstanden.

Das Experiment war schon recht spektakulär. Der Roboter musste Bajonettverschlüsse aufmachen, Gittertürmchen zusammenbauen und ein kleines abgeplattetes Würfelchen anstupsen und wieder einfangen. Die Bewegungen wurden entweder von Astronauten gesteuert, von der Erde aus vorprogrammiert oder von der Erde aus ferngesteuert. Das war technologisch sehr schwierig, weil bis zu sechs Sekunden Signallaufzeit auftraten. Man musste mit vorausrechnender Computergrafik arbeiten und das ist sehr schwierig.

Werden Roboter in Zukunft eine größere Rolle im Alltag spielen?

Technologiegespräche in Alpbach

Von 26. bis 28. August finden im Rahmen des Europäischen Forums Alpbach die Technologiegespräche statt, organisiert vom Austrian Institute of Technology (AIT) und der Ö1-Wissenschaftsredaktion. Das Thema heuer lautet "Entwurf und Wirklichkeit in Forschung und Technologie". Dazu diskutieren Minister, Nobelpreisträger und internationale Experten.

In den nächsten Wochen erscheinen in science.ORF.at regelmäßig Interviews mit den bei den Technologiegesprächen vortragenden oder moderierenden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern.

Weitere Beiträge zu den Technologiegesprächen 2010:

Beiträge zu den vergangenen Technologiegesprächen

Ich vermeide immer den Begriff des Pflegeroboters. Man kann menschliche Pflege nicht durch Roboter ersetzen, aber man kann mit künftigen Robotern Hol- und Bringdienste rund um die Uhr organisieren. Die Vorstellung vom Heinzelmännchen ist ja auch noch aus der Kindheit da: also ein Helfer, der einem einfach zu jeder Tages- und Nachtzeit ohne Murren etwas bringen und holen kann. Das ist die Vision.

In der Chirurgie sind Roboter ja schon weit verbreitet.

Die Chirurgie wird in Zukunft vollständig von Robotern durchdrungen werden. Das sind zum Teil ferngesteuerte Manipulatorsysteme, mit denen man im Körper so operieren kann, als wäre der Körper aufgeschnitten, trotzdem wird aber nur durch kleine Löcher operiert. In den USA werden schon 80 Prozent der radikalen Prostataoperationen robotisch durchgeführt. Da hat auch keiner mehr Angst davor.

Aber auch die ganze Knochenchirurgie wird durch das Laserschneiden revolutioniert werden: kleine Lasersysteme, die der Roboter führt und mit denen er sehr feine Schnitte setzen kann. Sägen und Fräsen werden irgendwann mal der Vergangenheit angehören.

Wohin wird sich die Mechatronik entwickeln?

Generell wird es in Richtung Miniaturisierung gehen. Es könnte sein, dass Patienten in Zukunft Sonden schlucken, die durch den Körper schwimmen und dort Aufnahmen erstellen. Man sucht auch nach neuen Wegen, wie behinderte Menschen mechatronische Systeme und Prothesen steuern könnten.

Wir machen zur Zeit aufsehenerregende Versuche, bei denen es darum geht, mit implantierten Elektroden im Gehirn vollständig Querschnittsgelähmter durch ein paar „angezapfte“ Neuronen in der Großhirnrinde künstliche Arme und Hände zu steuern. Mechatronik wird sich also mit Nerven- und Denkzellen im menschlichen Körper verbinden. Der ganze Rehabilitationsbereich wird durch Mechatronik beeinflusst werden. Es gibt erste Anzüge, die man anziehen kann, um seine Körperkräfte zu verstärken. Das ist eine Chance für schwere Lasten handhabende Industriearbeiter, aber auch für ältere Leute, deren Kräfte schwinden.

Interview: Mark Hammer, science.ORF.at

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