Kategorie: Robotik

Die Geminoid-Reihe repräsentiert einen bedeutenden Fortschritt in der Robotik, insbesondere im Bereich der humanoiden Androiden. Diese Roboter sind exakte Nachbildungen spezifischer Personen und wurden entwickelt, um das Verständnis von Mensch-Roboter-Interaktionen zu vertiefen.

Entwicklung und Zielsetzung

Ein Geminoid ist ein teleoperierter Android, der das Aussehen einer bestimmten Person detailgetreu imitiert. Die Körper dieser Roboter werden durch präzise Messungen der menschlichen Modelle mit 3D-Scannern und Gipsabdrücken der Gesichtskonturen konstruiert. Das Hauptziel dieser Entwicklung ist es, Fragen wie “Was ist menschliche Präsenz?” und “Kann menschliche Präsenz an einen entfernten Ort übertragen werden?” zu untersuchen.

Bekannte Modelle der Geminoid-Serie

• Geminoid HI-1: Dieses Modell ist eine exakte Kopie seines Schöpfers, Professor Hiroshi Ishiguro. Es reproduziert die Stimme und Kopfbewegungen von Ishiguro oder einem anderen Operator und dient dazu, zu erforschen, was es bedeutet, menschlich zu sein.
• Geminoid F: Ein weiblicher Android, der einer jungen Frau nachempfunden ist. Geminoid F verfügt über zwölf Freiheitsgrade, hauptsächlich im Gesichtsbereich, was ihr ermöglicht, natürliche Gesichtsausdrücke während Gesprächen zu zeigen. Durch die Reduzierung der Freiheitsgrade konnte sie kompakter und kostengünstiger gestaltet werden.
• Geminoid DK: Dieses Modell ist eine realistische Nachbildung des dänischen Professors Henrik Schärfe. Es wurde entwickelt, um die Kommunikation zwischen Mensch und Roboter zu erforschen, insbesondere die emotionalen Reaktionen von Menschen, wenn sie einem Androiden gegenüberstehen, der eine andere Person repräsentiert.

Technologie und Steuerung

Die Geminoid-Modelle werden durch ein Teleoperationssystem gesteuert, das hauptsächlich aus einem “Android-Server” und einem “Teleoperations-Client” besteht. Der Client verfügt über ein Gesichtserkennungssystem und ein Mundbewegungsgenerierungssystem. Informationen wie Gesichtsausdrücke und die Kopfhaltung des Operators werden von einer Webcam erfasst, automatisch in Bewegungsbefehle für den Roboter übersetzt und an den Server gesendet. Mundbewegungen werden in Echtzeit durch Analyse der Sprachdaten des Operators generiert, wodurch eine Synchronisation von Sprache und Mundbewegungen des Roboters ermöglicht wird.

Anwendungen und Forschung

Die Geminoid-Roboter werden in verschiedenen Forschungsbereichen eingesetzt, darunter:

• Untersuchung der menschlichen Präsenz: Durch die Interaktion mit diesen Androiden können Forscher besser verstehen, wie Menschen auf Roboter reagieren, die ihnen sehr ähnlich sehen, und welche Faktoren das Gefühl der Präsenz beeinflussen.
• Telepräsenz: Die Möglichkeit, durch einen Roboter an einem entfernten Ort präsent zu sein, eröffnet neue Perspektiven für Fernarbeit, Bildung und soziale Interaktionen.
• Kulturelle Unterschiede: Studien mit Geminoid-Robotern haben gezeigt, dass kulturelle Hintergründe die Akzeptanz und Wahrnehmung von humanoiden Robotern beeinflussen können.

Die Entwicklung der Geminoid-Reihe stellt einen bedeutenden Schritt in der Robotik dar und bietet wertvolle Einblicke in die komplexe Beziehung zwischen Mensch und Maschine.

Die Gummi-Robotik, auch bekannt als “Soft Robotics”, stellt einen innovativen Zweig der Robotik dar, der sich auf die Entwicklung von Robotern aus flexiblen und elastischen Materialien wie Silikon, Gummi und Hydrogelen konzentriert. Diese weichen Roboter können sich auf eine Weise verformen und bewegen, die für herkömmliche starre Roboter unmöglich ist. Diese Flexibilität eröffnet neue Anwendungsmöglichkeiten in verschiedenen Branchen, insbesondere dort, wo Anpassungsfähigkeit und Feinfühligkeit gefragt sind.

Materialien und Antriebstechniken

Weiche Roboter bestehen hauptsächlich aus Materialien wie Silikon, Gummi und anderen Polymeren. Diese Materialien verleihen den Robotern ihre charakteristische Flexibilität und Elastizität. Als Antriebssysteme kommen häufig pneumatische Systeme zum Einsatz, bei denen Druckluft verwendet wird, um Bewegungen zu erzeugen. Ein Beispiel dafür ist ein sternförmiger Greifer, der durch das Einpumpen von Luft in seine Kammern Objekte sanft greifen kann.

Eine weitere innovative Antriebstechnik nutzt die Kraft kleiner Explosionen. Forscher der Harvard University entwickelten einen Gummi-Roboter, der sich mittels einer explosiven Gasmischung aus Butan und Sauerstoff fortbewegt. Durch die kontrollierte Zündung dieses Gemischs kann der Roboter in die Luft springen und sich so fortbewegen.

Anwendungen der Gummi-Robotik

Die einzigartigen Eigenschaften weicher Roboter ermöglichen vielfältige Anwendungen:

• Medizin: In der Chirurgie können weiche Roboter für minimalinvasive Eingriffe eingesetzt werden, da sie sich flexibel an die Anatomie des menschlichen Körpers anpassen.
• Industrielle Automatisierung: Weiche Greifer können empfindliche oder unregelmäßig geformte Objekte sicher handhaben, was besonders in der Lebensmittelverarbeitung oder bei der Montage von Elektronikkomponenten von Vorteil ist.
• Exploration: Dank ihrer Flexibilität können weiche Roboter in schwer zugängliche oder gefährliche Umgebungen vordringen, beispielsweise bei der Erforschung von Korallenriffen oder in der Katastrophenhilfe.

Herausforderungen und Zukunftsperspektiven

Trotz der vielversprechenden Anwendungen stehen weiche Roboter vor mehreren Herausforderungen:

• Steuerung: Die präzise Kontrolle der Bewegungen weicher Roboter erfordert komplexe Modelle und Algorithmen, da ihre Flexibilität zu nichtlinearem Verhalten führt.
• Materialermüdung: Die verwendeten elastischen Materialien können mit der Zeit an Festigkeit verlieren, was die Lebensdauer der Roboter beeinträchtigen kann.
• Energieversorgung: Die Integration effizienter und kompakter Energiequellen stellt eine weitere Herausforderung dar, insbesondere für autonome Anwendungen.

Die Forschung in der Gummi-Robotik befindet sich in einer dynamischen Entwicklungsphase. Mit fortschreitenden Materialwissenschaften und verbesserten Fertigungstechniken, wie dem 3D-Druck von Silikon, eröffnen sich ständig neue Möglichkeiten. Zukünftige Entwicklungen könnten zu noch vielseitigeren und robusteren weichen Robotern führen, die in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden.

Fazit

Die Gummi-Robotik repräsentiert einen spannenden und innovativen Bereich der modernen Robotik. Durch die Nutzung flexibler Materialien und neuartiger Antriebstechniken bieten weiche Roboter Lösungen für Herausforderungen, denen starre Roboter nicht gewachsen sind. Mit kontinuierlicher Forschung und Entwicklung könnten sie in naher Zukunft in zahlreichen Branchen eine bedeutende Rolle spielen.

Die BionicSoftHand von Festo repräsentiert einen bedeutenden Fortschritt in der Robotik, indem sie die Geschicklichkeit der menschlichen Hand mit künstlicher Intelligenz und pneumatischer Technologie kombiniert. Dieses innovative System ermöglicht es Robotern, Aufgaben mit einer Präzision und Flexibilität auszuführen, die zuvor unerreichbar waren.

Design und Funktionsweise

Im Gegensatz zur menschlichen Hand besitzt die BionicSoftHand keine Knochen. Stattdessen bestehen ihre Finger aus flexiblen Balgstrukturen mit Luftkammern, die von einem speziellen 3D-Textilmantel umhüllt sind. Dieses Design macht die Hand leicht, nachgiebig und anpassungsfähig, während sie dennoch in der Lage ist, starke Kräfte auszuüben. Die Bewegungen der Finger werden durch das Befüllen der Luftkammern mit Druckluft gesteuert:

• Bei Befüllung krümmen sich die Finger.
• Bei Entlüftung bleiben die Finger gestreckt.

Daumen und Zeigefinger sind zusätzlich mit Schwenkmodulen ausgestattet, die seitliche Bewegungen ermöglichen und somit die Greifmöglichkeiten erweitern.

Künstliche Intelligenz und Lernfähigkeit

Die BionicSoftHand nutzt Methoden des Reinforcement Learnings, bei dem sie durch Ausprobieren und Feedback ihre Handlungen optimiert. Anstatt eine spezifische Handlung vorgegeben zu bekommen, erhält die Hand lediglich ein Ziel und versucht, dieses durch Trial-and-Error zu erreichen. Ein konkretes Beispiel ist das Drehen eines zwölfseitigen Würfels, sodass eine vorher festgelegte Seite nach oben zeigt. Das Training für diese Aufgabe erfolgt in einer virtuellen Umgebung mithilfe eines digitalen Zwillings, der auf Daten einer Tiefenkamera und Algorithmen der künstlichen Intelligenz basiert.

Integration und Anwendungsmöglichkeiten

Die BionicSoftHand kann mit pneumatischen Leichtbaurobotern wie dem BionicCobot oder dem BionicSoftArm kombiniert werden, um eine sichere und direkte Mensch-Roboter-Kollaboration zu ermöglichen. Diese Roboter sind von Grund auf nachgiebig und müssen nicht wie konventionelle Fabrikroboter vom Menschen abgeschirmt werden. Durch ihre flexible Kinematik und den Einsatz elastischer Materialien eignet sich die BionicSoftHand für eine Vielzahl von Anwendungen, darunter:

• Montagearbeiten als helfende dritte Hand.
• Servicerobotik.
• Handhabung empfindlicher oder variabler Objekte.

Weiterentwicklung: BionicSoftHand 2.0

Mit der BionicSoftHand 2.0 hat Festo das Konzept weiter verfeinert. Diese Version integriert kompakte Ventiltechnik, Sensorik, Elektronik und mechanische Komponenten auf engstem Raum, um die Bewegungen der menschlichen Hand noch naturgetreuer nachzubilden. Zusätzlich verfügt sie über taktile Sensoren an den Fingerkuppen, der Handfläche und den Außenseiten, die es der Hand ermöglichen, die Beschaffenheit von Objekten zu fühlen und die Greifkraft entsprechend anzupassen. Eine Tiefenkamera am Handgelenk ermöglicht die visuelle Objekterkennung, selbst wenn diese teilweise verdeckt sind.

Fazit

Die BionicSoftHand von Festo stellt einen bedeutenden Schritt in Richtung flexibler und intelligenter Robotersysteme dar. Durch die Kombination von pneumatischer Kinematik, künstlicher Intelligenz und sensibler Sensorik eröffnet sie neue Möglichkeiten für die Mensch-Roboter-Kollaboration und ebnet den Weg für zukünftige Anwendungen in verschiedenen Industriebereichen.

Die EveR-Roboterreihe ist eine Serie weiblicher Androiden, die von einem südkoreanischen Wissenschaftlerteam des Korea Institute of Industrial Technology in Zusammenarbeit mit der Korea University of Science and Technology entwickelt wurde. Geleitet von Baek Moon-hong, wurde das Projekt am 4. Mai 2003 der Öffentlichkeit im Kyoyuk MunHwa HoeKwan Hotel in Seoul vorgestellt. Der Name “EveR” setzt sich aus “Eve” (in Anlehnung an die biblische Eva) und dem “R” für Roboter zusammen.

Entwicklung der EveR-Roboter

Die EveR-Serie umfasst mehrere Modelle, die im Laufe der Jahre kontinuierlich weiterentwickelt wurden:

• EveR-1: Das erste Modell der Serie wurde 2003 präsentiert. Es hatte eine Größe von 160 cm und ein Gewicht von 50 kg. EveR-1 konnte in Koreanisch kommunizieren und einfache Gesichtsausdrücke zeigen.
• EveR-2 (Muse): Vorgestellt 2006, zeichnete sich dieses Modell durch verbesserte Mimik und Gestik aus. EveR-2 konnte verschiedene Emotionen ausdrücken und verfügte über erweiterte Sprachfähigkeiten. Bei der Robot World 2006 in Seoul sang sie das koreanische Lied “I Will Close My Eyes For You”.
• EveR-3: Eingeführt 2009, war dieses Modell das erste der Serie mit Mobilität. EveR-3 konnte sich auf Rädern fortbewegen und wurde in Theaterstücken wie “Robot Princess and the Seven Dwarfs” eingesetzt.
• EveR-4: Präsentiert 2011, verfügte dieses Modell über eine modulare Bauweise mit 64 Freiheitsgraden, darunter 33 im Kopfbereich für detaillierte Gesichtsausdrücke. EveR-4 konnte komplexe Emotionen darstellen und hatte verbesserte Interaktionsfähigkeiten.

Technologische Merkmale

Die EveR-Roboter zeichnen sich durch folgende technologische Eigenschaften aus:

• Gesichtsausdrücke: Dank zahlreicher Motoren und Gelenke können die Roboter eine Vielzahl von Emotionen darstellen, was die Mensch-Roboter-Interaktion natürlicher gestaltet.
• Sprachfähigkeiten: Die Modelle sind in der Lage, sowohl auf Koreanisch als auch auf Englisch zu kommunizieren, was ihre Einsatzmöglichkeiten erweitert.
• Mobilität: Ab EveR-3 besitzen die Roboter Mobilitätsfunktionen, die ihnen ermöglichen, sich in ihrer Umgebung zu bewegen und an verschiedenen Veranstaltungen teilzunehmen.

Bedeutung in der Robotik

Die EveR-Roboterreihe repräsentiert einen bedeutenden Fortschritt in der Entwicklung humanoider Roboter. Durch die Kombination von realistischer Mimik, fortschrittlichen Sprachfähigkeiten und Mobilität tragen sie zur Erforschung und Verbesserung der Mensch-Roboter-Interaktion bei. Ihre Auftritte in kulturellen Veranstaltungen und Medien haben zudem das öffentliche Interesse an Robotik und künstlicher Intelligenz gesteigert.

Insgesamt zeigt die EveR-Serie, wie humanoide Roboter nicht nur in technologischer Hinsicht, sondern auch kulturell und sozial Einfluss nehmen können.

Exoskelette sind tragbare, robotische Strukturen, die den menschlichen Körper unterstützen und verstärken. Sie kombinieren technologische Innovationen mit biologischen Prinzipien, um menschliche Bewegungen zu erweitern oder zu unterstützen. In der Robotik spielen Exoskelette eine entscheidende Rolle für die Mensch-Maschine-Interaktion, da sie die Fähigkeiten von Maschinen nutzen und gleichzeitig die Kontrolle und Flexibilität menschlicher Bewegungen beibehalten.

Anwendungsbereiche von Exoskeletten

Exoskelette finden in verschiedenen Bereichen Anwendung:

• Medizinische Rehabilitation: Sie unterstützen Patienten mit neurologischen und motorischen Bewegungsstörungen, indem sie intelligente und datengestützte Therapien ermöglichen.
• Industrie und Produktion: In Arbeitsumgebungen entlasten Exoskelette Beschäftigte bei körperlich anstrengenden Tätigkeiten, wie dem Heben schwerer Lasten, und verbessern so die Ergonomie am Arbeitsplatz.
• Militärische Anwendungen: Soldaten können durch Exoskelette in ihrer Ausdauer und Kraft unterstützt werden, was längere Märsche mit schwerer Ausrüstung erleichtert.

Funktionsweise und Technologie

Die Funktionsweise von Exoskeletten basiert auf einer Kombination aus Sensorik, Aktuatorik und Steuerungssystemen:

• Sensoren: Erfassen die Bewegungen und Absichten des Nutzers, oft durch Messung elektrischer Muskelaktivitäten.
• Aktuatoren: Motoren oder andere Antriebssysteme, die die erfassten Bewegungen unterstützen oder verstärken.
• Steuerungssysteme: Verarbeiten die Sensordaten und steuern die Aktuatoren in Echtzeit, um eine harmonische Unterstützung der natürlichen Bewegungen zu gewährleisten.

Herausforderungen und Zukunftsperspektiven

Trotz der Fortschritte stehen Exoskelette vor mehreren Herausforderungen:

• Anpassungsfähigkeit: Die Geräte müssen sich an unterschiedliche Körpergrößen und -formen anpassen lassen.
• Gewicht und Energieversorgung: Eine leichte Bauweise und effiziente Energiequellen sind entscheidend für den Langzeiteinsatz.
• Intuitive Steuerung: Die Interaktion zwischen Mensch und Maschine sollte so gestaltet sein, dass sie für den Nutzer natürlich und intuitiv ist.

Zukünftige Entwicklungen könnten die Integration von Künstlicher Intelligenz zur verbesserten Bewegungssteuerung und die Verwendung neuer Materialien für leichtere und robustere Strukturen umfassen.

Fazit

Exoskelette stellen eine bedeutende Innovation in der Robotik dar, die das Potenzial hat, sowohl die Lebensqualität von Patienten als auch die Effizienz und Sicherheit in industriellen Anwendungen zu verbessern. Mit fortschreitender Forschung und Entwicklung werden sie voraussichtlich eine immer wichtigere Rolle in verschiedenen Lebensbereichen spielen.