Autonomer Roboter findet und öffnet Türen, während er sich selbst auflädt

Ein Team von Ingenieurstudenten an der University of Cincinnati baut einen autonomen Roboter, der seine Türen selbst öffnen und die nächste Steckdose finden kann, sodass er ohne menschliche Hilfe aufgeladen werden kann.

Die neue Studie wurde in der Zeitschrift veröffentlicht IEEE-Zugriff. 

Türen – Das Kryptonit eines Roboters

Eines der größten Hindernisse für Roboter sind Türen. 

Ou Ma ist Professor für Luft- und Raumfahrttechnik an der University of Cincinnati. 

„Roboter können viele Dinge tun, aber wenn man möchte, dass einer von selbst eine Tür öffnet und durch die Tür geht, ist das eine enorme Herausforderung“, sagte Ma.

Das Team konnte dieses Problem in dreidimensionalen digitalen Simulationen überwinden und ist ein großer Fortschritt für Helferroboter. Zu diesen Robotern können solche gehören, die Bürogebäude, Flughäfen und Krankenhäuser saugen und desinfizieren. Sie machen einen großen Teil der 27 Milliarden US-Dollar schweren Robotikindustrie aus. 

Yufeng Sun ist der Hauptautor der Studie und Doktorand am UC College of Engineering and Applied Science. 

Laut Sun haben einige Forscher dieses Problem umgangen, indem sie einen ganzen Raum gescannt haben, um ein digitales 3D-Modell zu erstellen, das es einem Roboter ermöglicht, eine Tür zu lokalisieren. Dies ist jedoch eine zeitaufwändige Lösung, die nur für den zu scannenden Raum anwendbar ist. 

Es gibt viele Herausforderungen bei der Entwicklung eines autonomen Roboters, der eine Tür selbst öffnet. Erstens gibt es sie in verschiedenen Farben und Größen und sie haben unterschiedliche Griffe, die niedriger oder höher sein können. Außerdem müssen Roboter wissen, mit welcher Kraft sie Türen öffnen müssen, um den Widerstand zu überwinden. Da viele öffentliche Türen selbstschließend sind, kann ein Roboter den Halt verlieren und von vorne beginnen müssen.

Mit maschinellem Lernen

Durch den Einsatz von maschinellem Lernen ermöglichten die UC-Studenten dem Roboter, sich durch Versuch und Irrtum selbst beizubringen, wie man eine Tür öffnet. Das bedeutet, dass der Roboter seine Fehler im Laufe der Zeit korrigiert und sich mithilfe von Simulationen auf die eigentliche Aufgabe vorbereiten kann.

„Der Roboter benötigt ausreichend Daten oder ‚Erfahrungen‘, um ihn trainieren zu können“, sagte Sun. „Dies ist eine große Herausforderung für andere Roboteranwendungen, die KI-basierte Ansätze zur Bewältigung realer Aufgaben nutzen.“ 

Sun und UC-Masterstudent Sam King bauen die erfolgreiche Simulationsstudie nun in einen echten Roboter um. 

„Die Herausforderung besteht darin, diese erlernte Kontrollpolitik von der Simulation auf die Realität zu übertragen, was oft als ‚Sim2Real‘-Problem bezeichnet wird“, sagte Sun.

Eine weitere Herausforderung besteht darin, dass digitale Simulationen in den ersten realen Anwendungen normalerweise nur zu 60 bis 70 % erfolgreich sind. Daher plant Sun, mindestens ein Jahr damit zu verbringen, das neue autonome Robotiksystem zu perfektionieren.