To Mars and Beyond. Ein Streifzug durch die moderne Robotik. Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Sabina Jeschke. Wissenschaftsnacht 09.

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1 To Mars and Beyond Ein Streifzug durch die moderne Robotik Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Wissenschaftsnacht 09. November 2012 Institutscluster IMA/ZLW & IfU der RWTH Aachen University Fakultät für Maschinenwesen

2 Inhaltsübersicht 2 I. Aus der Phantasie des Menschen II. III. IV. zu Humanoiden als Abbild Unseresgleichen um unsere Fähigkeiten und Möglichkeiten zu erweitern und um dorthin zu gelangen, wo noch kein Mensch zuvor gewesen ist. V. Und was bringt die Zukunft?

3 Die Kybernetik als Großvater der Robotik Eric Robot: Erster Roboter gebaut in Menschengestalt von Captain William H. Richards und A. H. Reffell. Zweck war die Ausstellungseröffnung der Gesellschaft für Modellbauer als Ersatz für den Duke von York. Aluminium. Funktionen: Aufstehen, Gesten mit den Armen, ferngesteuertes Sprechen. 1932: 2., verbesserte Version Elektro: Nächster humanoider Roboter. Er konnte laufen, sprechen (700 Wörter), zählen (mit den Fingern) und rauchen. Er wurde von Westinghouse/USA zur Weltausstellung in New York hergestellt und vorgeführt. Aluminium Elsie und Elmar ( Turtles ): Der Neurophysiologe Dr. W. Grey Walter erfand den ersten autonomen Roboter, der nicht nach vorgegebenen Verhaltensmustern agiert, sondern auf seine Umgebung reagiert. Ziel war die Untersuchung simpler Regelkreise, um seine Theorie zu komplexen Verhaltensweisen aus neuronalen Verbindung zu bestätigen. Hierbei wurde er durch die junge Wissenschaft der Kybernetik inspiriert.

4 Die Entwicklung der Kybernetik 4 gr.: κυβερνήτης [kybernētēs] Steuermann(skunst) Essentials: Begründung: 40er Jahren durch Norbert Wiener und andere. Idee: Erweiterung der Regelungstechnik auf komplexe Systeme. Neu dabei: Keinerlei Voraussetzung an Art der Systeme es kann sich dabei um Maschinen, Menschen, Organisationen, ökologische Systeme oder sonstige Konstrukte mit Informationsrückfluss handeln, auch um Mischformen. Systemorientierter Theorieansatz heute oft auch als Systemtheorie bezeichnet. v. Neumann Ashby Management Kybernetik J.W. Forrester Stafford Beer H.v.Foerster Maturana Varela er 1960er 1970er 1980er Macy Konferenzen ( ) Die Übergangszeit ( ) System Dynamics (1956- ) Biological Computer Laboratory ( ) Eigenständiges Theoriegebäude (80er Jahre)

5 Macy Konferenzen - Bedeutung für die Kybernetik 5 Die Macy Konferenzen ( ) Rückkopplungsschleifen und zirkuläre Kausalität selbstregulierender Systeme Warren McCulloch (Vorsitzender) Neuropsychologie Gregory Bateson Antropologie Norbert Wiener Mathematik John von Neumann Mathematik Heinz von Foerster Elektrotechnik Max Delbrück Biophysik, Genetik Claude Shannon Inform.theorie Margaret Mead Antropologie Arturo Rosenblueth Physiologie 1949 Gedächtnis und Speicher, Neuronale Netze 1950 Sprache, Neurophysiologie 1951 Kommunikation, Digitale Computer 1952 Lernen und Wahrnehmen, Mustererkennung 1953 Sprache, Gruppendynamik, - kommunikation Ein Ziel: Begründung einer allgemeiner Wissenschaft der Funktionsweise des menschlichen Geistes

6 Von der Kybernetik zur Künstlichen Intelligenz 6 Kybernetische Modelle: Sozio-technisches System, d.h. technisches Systemen mit bestimmten, an die Natur angelehnten Verhaltensweisen (vergl. die turtles ). Urahnen der ersten Roboter. Autonomes System: Intelligentes, computergestütztes System, das selbstständig Aufgaben erfüllen kann. Bsp.: fahrerlose Autos, robotische Gefährten oder intelligente Häuser. Systeme künstlicher Intelligenz: KI: Teilgebiet der Informatik, das sich mit der Automatisierung intelligenten Verhaltens befasst. Versuch, eine menschenähnliche Intelligenz nachzubilden. Selbstorganisierendes System: System, das seine grundlegende Struktur ändert aufgrund von Erfahrung und Umgebung. Populärer Begriff in Kybernetik und Systemtheorie.

7 Mobile Roboter, künstliche Lebewesen, Automaten BC 1400 BC 100 AD Prometheus Hephastus Hero(n) of Alexandria Al-Jazari Leonardo Jacques Karakuri-Ningyo da Jaquet-Droz de Vinci Vaucanson Formte Mechanische Menschen aus Dienerinnen Lehm Automatisiertes aus Gold Roboter Flötenspieler, Theater zur Mechanische Ritterroboter Teeausgabe mechanische Androidenfamilie Puppen Ente 1900 Bruno Siciliano, Oussama Khatib (Eds.): Springer Handbook of Robotics. Springer 2008.

8 Roboter in Literatur und Film E.T.A. Hoffmann Jüdische Karel Legende Fritz Čapek Langen Isaac Robert Asimov Mangas Wise Fred George M. Wilcox Vintar Gene Lucas Willson & Roddenberry Goldsman James & Maddock Cameron Der Sandmann Golem Rossum's Metropolis Universal Robotergesetze Der Robots Tag Science an Alarm dem Fiction-Mangas Star die im I, Wars Erde Weltall Star Robot stillstand Trek Nummer (ab Terminator 1960) 5 lebt Bruno Siciliano, Oussama Khatib (Eds.): Springer Handbook of Robotics. Springer 2008.

9 Kapitel - Summary 9 Die Beschäftigung mit / das Interesse für künstlichen Lebewesen ist uralt. Wissenschaftsmethodischer Großvater der Robotik ist die Kybernetik. Robotik ist seit jeher ein sehr interdisziplinäres Thema. Das umfasst insbesondere auch die Kunst.

10 Inhaltsübersicht 10 I. Aus der Phantasie des Menschen II. III. IV. zu Humanoiden als Abbild Unseresgleichen um unsere Fähigkeiten und Möglichkeiten zu erweitern und um dorthin zu gelangen, wo noch kein Mensch zuvor gewesen ist. V. Und was bringt die Zukunft?

11 Parade Humanoider Roboter 11 NAO Aldebaran (Frankreich) Geminoid Univ. Osaka (Ishiguro) (Japan) Roboter Girl AIST (Japan) Justin DLR (Germany) Wakamura Mitsubishi (Japan) REEEM Pal Robotics (VAE/Spanien) ARMAR III KIT (Dillmann) (Germany) Qrio Sony (Japan) HOAP 1 Fujitsu (Japan) Asimo Honda (Japan) Hubo KAIST (Korea) Kismet MIT (Brooks) (USA) Geigenspieler Toyota (Japan) Petman Boston Dynamics (USA) Kojiro Univ. Tokyo (Inaba) (Japan) LOLA TUM (Ulbrich) (Germany)

12 NAO (Aldebaran S.A., Frankreich) 12 Eckdaten: Größe: 57 cm, 25 Freiheitsgrade, Laufzeit 1.5h. Gelenke: Hüfte, Knie, Knöchel, Ellenbogen, Schulter, Kopf. Sensorik: 2 Kameras, 4 Mikrophone, 1 Ultraschallsensor, 2 Infrarotsender/-empfänger, Trägheitssensor, 17 Tast- und Drucksensoren Stimme und Ausdruck: voice synthesizer, 2 Lautsprecher, LED Leuchten. Betrieb: Aldebarans Middleware NAOqi unter Linux, 2 CPUs. Hauptanwendungen: Lehre (Universitäten, Schulen), Museen, Ausstellungen, Entwicklungsplattform für Humanoidenforschung, Standardplattform im RoboCup.

13 SPECIAL: NAO im Team der RoboCup 13 Ausgerechnet Fußball...!?? Fußballspielen stellt Roboter vor große sensorische, motorische und kognitive Herausforderungen: Objekterkennung (Ball, Linien, Tor, Spieler, Gegenspieler,...), Regelkenntnis und anwendung, Strategieplanung, Koordination des einzelnen Spielers, Schnelle Kommunikation und Koordination im Team, Kooperation im Team, laufende Interaktion mit einem unvollständig bekannten und dynamischen Umfeld, motorische Fähigkeiten zum Torschuss aus verschiedenen Positionen,...

14 Asimo (Honda, Japan) 14 Eckdaten: Größe: 120 cm, 34 Freiheitsgrade, Laufzeit 40min. Gelenke: Hüfte, Knie, Knöchel, Ellenbogen, Handgelenke, Schulter, Kopf. Geschwindigkeit max. gehend: 2,7 km/h, rennend: 6 km/h. Sensorik: visuelle Sensoren, Bodenoberflächen-Sensoren, Ultraschall-Sensoren, IC-Ferninteraktions-Kommunikationskarte, kinästhetische Kraftsensoren, Audio-Sensoren,... Gesichts- und Gestenerkennung (in eingeschränktem Umfang). Betrieb: 4 CPUs. Hauptanwendungen: Erforschung der Mobilität, Schwerpunkt Gehen (vor- und rückwärts), Rennen, Treppensteigen etc., Museen, Messen. Overall-Goal: Unterstützung hilfebedürftiger Menschen.

15 SPECIAL : Asimo in action 15 Asimo Entwicklung Entwicklung seit Erste Prototypen: P1, P2, P3. Entwicklung Asimo seit 1999, erste Vorstellung Klar als Forschungsprojekt definiert dennoch: Grundlage für andere Technologien Kraftfahrzeug-Sicherheit Erkennungstechnologien Leichtbau...

16 Kismet (MIT Artificial Intelligence Lab (Brooks), USA) 16 Eckdaten: Motorik: 21 Motoren für das Kopf- und Halssystem, 3 Freiheitsgrade für den Hals, 3 Freiheitsgrade pro Auge, 4 für die Lippen, 2 pro Ohr, 2 pro Augenbraue, 1 pro Augenlid. Gefühlszustände : 7 (ruhig, angewidert, verärgert, traurig, interessiert, glücklich und überrascht). Sensorik: Kameras, Mikrophone. Stimme und Ausdruck: voice synthesizer, Lautsprecher, mimische Komponenten. Betrieb: Fokus auf real time proccessing, multi-threaded LISP, unter Unix. Hauptanwendungen: Analyse und Simulation menschlicher Emotionen, Forschung an der Interaktion von Robotern mit Menschen.

17 SPECIAL: Kismets Emotionszustände 17 Kismet Entwicklung Entwicklung Seit 2000 Projekt eingestellt, Ergebnisse jedoch noch immer relevant.

18 Kojiro (Univ. of Tokyo, JSK Robotics Laboratory (Inaba), Japan) 18 Eckdaten: Motorik: aufgebaut auf einer Skelettstruktur, darauf eine Sehnen-Muskel-Struktur (über 100), 60 Freiheitsgrade. Sensoren: insb. Gyroskope (Gleichgewicht) und hochpräzise Winkelsensoren in den Gelenken. Hauptanwendungen: Analyse des menschlichen Körperbaus. Ziel: naturgetreuer Nachbau des menschlichen Bewegungsapparates.

19 SPECIAL : Kojiro in action 19 Kojiro Entwicklung Kotaro: Veröffentlichung v.a. um Kojiro bekannt seit Erste weitgehend vollständige Entwicklung eines anthropomimetic musculoskeletal humanoids. Gruppe um Masayuki Inaba, Professor an der Tokyo University. Vorgänger: Kotaro Kojiro im Detail

20 Drei Schwerpunkte der Humanoidenforschung 20 (Einzel-) Fähigkeiten Aktorik Physiognomie Gestalt Gestik Motorik Sensorik/ Kognition Informationsverarbeitung Informationsbeschaffung Lernen Systemverständnis Anwendungsszenarien Mimik Verhalten des Einzelnen Umweltakzeptanz Mensch- Maschine eines Teams

21 Die Hardwareseite - wichtige, offene Forschungsfragen 21 Einerseits: Fortschritt in anderen Bereichen, insb. der Industrierobotik, der Chipherstellung für Microcontroller etc. Andererseits: Mobile Robotik stellt neue Anforderungen an die verfügbare Hardware Exemplarisch: Sensorik: Erweiterung des Sinnesspektrums (Bsp. künstliche Haut) Aktoren: Weitere Miniaturisierung für detailgetreuen Muskelnachbau (z.b. über Kopplung mit Nanotechnologie) Datentransport: Bsp. Multi-Electrode-Arrays zur Kopplung von Nervenzellen mit elektronischen Schaltungen Rechenleistung: Weitere Steigerung zur Verarbeitung multipler Sensordaten Overall, für alle Komponenten: Energieeffizienz (incl. Leichtbau...) ICub, IIT Genua, mit stellenweise künstlicher Haut

22 Motiv 1 Humanoide für den Durchbruch in der KI 22 Argumentationslinie: Konstruktion humanoider Roboter ist Grundlage für die Erschaffung einer menschenähnlichen, künstlichen Intelligenz: KI kann nicht einfach so programmiert werden, sondern resultiert aus der Kombination von Wissensprozessen und körperlichbehaftenen Erfahrungen. Hintergrund: Beobachtungen aus der Lernpsychologie, Lernen geschieht durch Erfahrungen. Konsequenz 1: KI braucht einen körperbehaftenen Agenten (Roboter). Intelligenzbegriff ist nicht objektiv, sondern vom Menschen definiert. Erfahrungswelten sehr unterschiedlich gebauter Wesen unterscheiden sich wesentlich. Konsequenz 2: KI braucht einen möglichst menschenähnlichen körperbehaftenen Agenten (Humanoide Roboter) Embodiment-Theorie (deutsch: Verkörperung, Inkarnation): These aus der neueren Kognitionswissenschaft, nach der Intelligenz einen Körper benötigt, also eine physikalische Interaktion voraussetzt. Diese Auffassung ist der klassischen Interpretation der Intelligenz als Computation diametral entgegengesetzt und wird als grundlegende Wende in der Kognitionswissenschaft angesehen.

23 Motiv 2 Die menschenähnliche Einsatzbreite 23 Argumentationslinie: Industrieroboter haben die Produktion massiv gewandelt - dabei schwierige, sicherheitskritische oder einfach monotone, langweilige Aufgaben übernommen. Ziel der mobilen Robotik: multifunktionale Helfer für Assistenz im häuslichen/beruflichen Umfeld. Besondere Bedeutung künftig: Bereich des Ambient Assisted Living Roboter bieten Senioren die Chance für ein lang selbstbestimmtes Leben. Lebensraum des Menschen (Gebäude, Verkehrsmittel, Werkzeuge oder Geräte) orientiert sich an der menschlichen Physiologie. Humanoide eignen sich für denselben Lebensraum, dieselben Tätigkeiten. Sogar gleichartige Vorgehensweisen denkbar (entscheidend für die Akzeptanz Technik, die zwar geschickt aber nicht nachvollziehbar agiert, erweckt Ängste). Humanoide Körperform ermöglicht eine intuitive Mensch-Roboter-Interaktion (Blickrichtung, Mimik, Gestik, Körpersprache, Sprache). Ähnliche Körperform erleichtert das Imitationslernen (Nachahmung, Play-Back-Verfahren). Hohe Akzeptanz durch intuitive Interaktion. Erweiterung des Tätigkeitsspektrums durch Nicht-Techniker. Ähnlichkeit von Humanoiden als Vertrauenssignal. (!??) ARMAR III KIT (Dillmann) (noch nicht humanoider) Rettungsroboter

24 Ein heikler Ort das Uncanny Valley 24 Uncanny Valley (engl. unheimliches Tal ): Empirisch messbarer, paradox erscheinender Effekt in der Akzeptanz künstlicher Figuren auf die Zuschauer. Akzeptanz steigt nicht linear mit der Menschenähnlichkeit, sondern hat mittendrin einen starken Einbruch. Erstmals beschrieben 1970 im Journal Energy durch den Robotikforscher Masahiro Mori (Japan). A: Annahme B: Realität Erklärungsansatz (medientheoretisch): Menschenunähnliche Roboter werden vom Beobachter als eigengesetzlich eingestuft. Vorhandene menschliche Eigenschaften werden ihnen zugute geschrieben. JEDOCH: Menschenähnliche Roboter hingegen werden als Menschen eingeordnet. Mängel in nonverbalem Verhalten werden ihnen übel genommen.

25 Uncanny valley Demos 25 C3PO Star Wars Girl Roboter AIST, Tsukuba Roboter Twin by Hiroshi Ishiguro

26 Kapitel - Summary 26 Die Humanoidenforschung wird stark von Japan (und zunehmend Korea) getrieben. In Europa spielen Deutschland, Frankreich und Spanien eine wichtige Rolle. Außerdem ist die USA sehr aktiv in diesem Bereich. Langsam aber sicher entstehen erschwingliche Hardware-Plattformen, die Zugang für eine breite Gruppe von Wissenschaftlern erlauben. Humanoidenforschung stellt eine wichtige Grundlage für eine starke künstliche Intelligenz dar. Humanoide sind attraktiv wegen der menschenähnlichen Einsatzbreite. Das Uncanny Valley stellt die Humanoidenforschung vor ein besonderes Problem ( Henne-Ei ): Nur in der Interaktion mit Menschen können sich Humanoide stetig verbessern. Umgekehrt sinkt jedoch zunächst die Akzeptanz bei weiteren Fortschritten.

27 Inhaltsübersicht 27 I. Aus der Phantasie des Menschen II. III. IV. zu Humanoiden als Abbild Unseresgleichen um unsere Fähigkeiten und Möglichkeiten zu erweitern und um dorthin zu gelangen, wo noch kein Mensch zuvor gewesen ist. V. Und was bringt die Zukunft?

28 Auszüge aus einer sich entwickelnden Servicerobotik 28 Charakteristikum der Servicerobotik: Komplexität steigt aufgrund der notwendigen Alltagstauglichkeit erheblich: Umgebung ist variantenreicher User ist kein Spezialist Schneeräumen Musizieren Kochen Staubsaugen

29 (Teil-)autonome Trucks - Projekt KONVOI (I) 29 Berufskolleg Simmerath/Stolberg

30 (Teil-)autonome Trucks - Projekt KONVOI (II) 30 Teilautonome Systeme zur Assistenz des Fahrers Steigerung der Verkehrssicherheit Effizientere Nutzung der Infrastruktur Optimierung des Verkehrsflusses Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs KONVOI (konzeptuelle Animation) KONVOI (Realverkehr)

31 Autonome Autos The Google Driverless Car (I) 31 Von Fahrer-Assistenz Kollisionsvermeidung Automatisierte regelkonforme Wegfindung Einhaltung von Verkehrsregeln Berechenbarkeit durch andere Verkehrsteilnehmer Turbulenztauglichkeit Google Driverless Car Rotating Sensors Video Camera Radar Sensors

32 Autonome Autos The Google Driverless Car (II) 32 zur vollständigen Autonomie: Auto ohne Fahrer Besondere Herausforderung: für Blinde Auto: Toyota Prius Erster offizieller Testfahrer: Steve Mahan Erste offizielle Straßenzulassung eines fahrerlosen Autos Nevada USA 2012 Testfahrt! Und alles läuft... Technisches Innenleben... Entwickler- Interface oder Was sieht das Ding eigentlich?

33 Lernen von der Natur Stichwort BIONIK 33 Bionische Bewegungsnachahmung: Adaption aero- und hydrodynamischer Eigenschaften Steigerung der Energie-Effizienz Steigerung der Beweglichkeit Verwendung neuer Materialien zur Nachahmung von Strömungseffekten Aqua Jelly (Festo) SmartBird (Festo) Aqua Ray (Festo) Air Penguin (Festo)

34 Lernen von der Natur Gehen, Laufen, Rennen 34 Cheetah läuft schneller als Usain Bolt (Boston Dynamics) September 2012 Big Dog & Alpha Dog (Boston Dynamics) tragen schwere Lasten

35 Lernen von der Natur - Fliegen 35 Kooperative / heterogene Schwärme Gemeinschaftliches Lösen komplexer Aufgaben im Schwarm durch verteilte künstliche Intelligenzen Kombinierung individueller Fähigkeiten durch kooperierende heterogene Systeme Formation Flight GRASP Lab Swarmanoid Project MARHES Laboratory

36 Kapitel - Summary 36 Die Servicerobotik Robotik für den Alltag und den Jedermann - wird vor allem durch mobile Roboter getrieben. Die Realisierung autonomer Transportsysteme (Fahr- und Flugzeuge) ist ein zentrales Thema. Das hängt stark mit den Aspekten Energie einerseits und Sicherheit andererseits zusammen. Großen Einfluß insbesondere auf die mobile Roboter hat die Natur Stichwort Bionik. Partizipation und demographischer Wandel sind zentrale Treiber der Servicerobotik.

37 Inhaltsübersicht 37 I. Aus der Phantasie des Menschen II. III. IV. zu Humanoiden als Abbild Unseresgleichen um unsere Fähigkeiten und Möglichkeiten zu erweitern und um dorthin zu gelangen, wo noch kein Mensch zuvor gewesen ist. V. Und was bringt die Zukunft?

38 Einsatz von Robotik im Weltraum 38 ROTEX GSA (EU) ETS-VII / JAXA (Japan) Robonaut 1- NASA DART - NASA Canadarm 2 - NASA Robonaut 2 on ISS - NASA Heute Quellen: (Yoshida 2009), (M. A. Diftler et al. 2012), (Bluethmann et al. 2003)

39 Einsatz von Robotik im Weltraum 39 Robonaut 1 & 2 Übernahme von Wartungs- bzw. Inspektionsaufgaben Einsatz innerhalb und außerhalb von Raumstationen Herausforderungen Robotik in der Schwerelosigkeit Einsatz bei höherer Strahlungsbelastung Kooperation und Kollaboration mit dem Menschen Maximale Präzision Heute Source : (Bridgwater et al. 2011), (Fong et al. 2006)

40 Mondrover: Ein Überblick 40 Lunochod 1 UDSSR Lunar Roving Vehicles NASA Apollo 15,16,17 Lunochod 2 UDSSR Quellen: (Brian Wilcox et al. 2006), (Yoshida 2009), (Jet Propulsion Laboratory 2011), (ESA 2011)

41 Mars-Missionen: Ein Überblick 41 Sojourner NASA Curiosity NASA Spirit & Opportunity NASA ExoMars Mission ESA Heute 2018 Quellen: (Brian Wilcox et al. 2006), (Yoshida 2009), (Jet Propulsion Laboratory 2011), (ESA 2011)

42 Mars-Missionen: Pathfinder (I) 42 Mars Exploration Rover (Spirit and Opportunity) Pathfinder Mission (NASA) Erstellung von 3D-Karten durch den Einsatz zweier Stereo Cameras Autonome Navigation durch Positionsbestimmung durch Visual Odometry Techniken Bestimmung der Zusammensetzung von Gestein mittels eines Alpha Particle X-Ray Spectrometers Solarpaneele, bedecken die gesamte Oberseite der Rover mit einer Fläche von 1,3m² Heute 2018 Quellen: (Brian Wilcox et al. 2006), (Yoshida 2009), (Jet Propulsion Laboratory 2011), (ESA 2011)

43 Mars-Missionen: Pathfinder (II) 43 Mars Exploration Rover (Spirit and Opportunity) Pathfinder Mission (NASA) Panorama des Endeavour Kraters und von Cape York am Ort Greeley Haven (Anfang 2012) Heute 2018 Quellen: (Brian Wilcox et al. 2006), (Yoshida 2009), (Jet Propulsion Laboratory 2011), (ESA 2011)

44 Mars-Missionen: Mars Science Laboratory (I) 44 Curiosity Rover Mars Science Laboratory (NASA) Erforschung des Mars hinsichtlich der Eignung als Biosphäre (Quantitative Messungen von Wasserstoff, Stickstoff, Schwefel, Phosphor, Kohlenstoff und Sauerstoff) Untersuchung der mineralogischen und chemischen Zusammensetzung der Marsoberfläche Demonstration der Langstrecken-Fortbewegung auf dem Mars (5-20km) Heute 2018 Quellen: (Brian Wilcox et al. 2006), (Yoshida 2009), (Jet Propulsion Laboratory 2011), (ESA 2011)

45 Mars-Missionen: Mars Science Laboratory (II) 45 Curiosity Rover Landung August 2012 Mars Science Laboratory (NASA) Erstes 360 Farbpanorama der Curiosity Heute 2018 Quellen: (Brian Wilcox et al. 2006), (Yoshida 2009), (Jet Propulsion Laboratory 2011), (ESA 2011)

46 Mars-Missionen: ExoMars 46 ExoMars Rover (ESA) Ursprünglich geplante Landung im Jahr 2013 Aus Kostengründen Einstieg der NASA Aufgrund explodierender Kosten stieg die NASA wieder aus Enge Kooperation mit Roskosmos (russische Raumfahrbehörde) soll den Start doch noch ermöglichen Voraussichtlich geplante Landung auf dem Mars im Jahr 2018 Voraussichtlich deutlich kleiner als der Curiosity Rover der NASA Heute 2018 Quellen: (Brian Wilcox et al. 2006), (Yoshida 2009), (Jet Propulsion Laboratory 2011), (ESA 2011)

47 Mars-Missionen: Vergleich der Rover 47 Spirit & Opportunity Masse (in kg) 174 kg Größe (in m) 1,6x2,3x1,5 Instrumente 5 kwh/sol 0,3-0,9 Curiosity Masse (in kg) 900 kg Größe (in m) 3,1x2,7x2,1 Instrumente 10 kwh/sol 2,9 Sojourner Masse (in kg) 10,6 kg Größe (in m) 0,7x0,5x0,3 Instrumente 4 kwh/sol max. 0,1? Heute 2018 Quellen: (Brian Wilcox et al. 2006), (Yoshida 2009), (Jet Propulsion Laboratory 2011), (ESA 2011)

48 Kapitel - Summary 48 Robotik ist in der Weltraumerkundung ein zentrales Thema Stichwort Sicherheit bei gleichzeitigem Erkenntnisgewinn. Die Astro-Robotik hat für das Thema autonome Fahrzeuge entscheidende Impulse geliefert und profitiert umgekehrt von der Weiterentwicklung in diesem Gebiet. Humanoide spielen auch im Weltraum eine Rolle wieder: wegen der gleichen Physis. Die Astro-Robotik stellt eines der anspruchsvollsten Gebiete der Robotik dar erstens wegen der Zero Tolerance, zweitens wegen der notwendigen Vollautonomie.

49 Inhaltsübersicht 49 I. Aus der Phantasie des Menschen II. III. IV. zu Humanoiden als Abbild Unseresgleichen um unsere Fähigkeiten und Möglichkeiten zu erweitern und um dorthin zu gelangen, wo noch kein Mensch zuvor gewesen ist V. Und was bringt die Zukunft?

50 im Dienste demographischer Herausforderungen 50 Inwieweit kann im Bereich des Ambient Assited Living eine erhebliche Steigerung der Lebensqualität des Menschen erreicht werden? Wie entwickelt sich die allgemeine Thematik der Exoskelette? Rex Exoskelett (Rex Bionics) HAL Exoskelett (Cyberdyne) Service Robot (Toyota)

51 im Dienste medizinischen Erkenntnisgewinns 51 Inwieweit kann der Einsatz von Nanobots durch Einsatz im menschlichen Körper bei der Bekämpfung von Krankheiten wie bspw. Demenz oder Krebs helfen?

52 im Dienste neuer Produkte und Interfaces 52 In welcher Weise verändern modulare, nanotechnologische Systeme und deren Interaktionfähigkeit mit dem Menschen unser gesamtes Leben? (Programmierbare Materie, Claytronics Project)

53 im Dienste einer modernen Produktion: Kooperative Robotik 53 Herausforderung: Komplexe Prozesse können nur im Team bewältigt werden Mit heterogenen Kompetenzen Daher: Der intelligente Produktionsroboter von morgen ist zur Gruppenarbeit fähig! er arbeitet mit anderen Robotern zusammen er arbeitet in Systemen mit heterogenen Partnern (anderen Robotern und/oder Softwareagenten) er ist in der Lage mit Menschen zu kooperieren (gleitender Automatisierungsgrad) Dazu notwendig: Kommunikationskonzepte Kooperationskonzepte

54 Zitat Clark sches Gesetz Wenn ein angesehener, älterer Wissenschaftler behauptet, dass etwas möglich ist, hat er höchstwahrscheinlich Recht. Wenn er behauptet, dass etwas unmöglich ist, hat er höchstwahrscheinlich Unrecht. Arthur C. Clarke ( ) Science-Fiction Autor u.a. 2001: Odyssee im Weltraum, verfilmt von Stanley Kubrick

55 55 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Direktorin des Institutsclusters IMA/ZLW & IfU Tel.: / sabina.jeschke@ima-zlw-ifu.rwth-aachen.de Co-authored by: Dipl.-Inform. Christian Tummel Institutscluster IMA/ZLW & IfU Tel.: / christian.tummel@ima-zlw-ifu.rwth-aachen.de Quelle: Pixar

56 Prof. Dr. rer. nat Geboren in Kungälv/Schweden 1991 Geburt Sohn Björn-Marcel Studium der Physik Mathematik und Informatik, TU Berlin 1994 NASA Ames Research Center, Moffett Field, CA/USA 10/1994 Aufnahme in die Studienstiftung des Deutschen Volkes 1997 Diplom Physik Wissenschaftliche Mitarbeiterin, TU Berlin, Institut für Mathematik Assistant Professor/Lecturer, Georgia Institute of Technology, GA/USA Projektleitung und -management, TU Berlin, Institut für Mathematik 04/2004 Promotion zur Dr. rer. nat., TU Berlin, im Gebiet der Informatik ab 2004 Aufbau & Leitung des Multimedia-Zentrums für Lehre & Forschung, TU Berlin Juniorprofessorin Neue Medien in Mathematik & Naturwissenschaften & Direktorin Medienzentrum MuLF, TU Berlin Univ.-Professorin, Institut für IT Service Technologien (IITS) & Direktorin des Rechenzentrums (RUS), Fakultät Elektrotechnik, Universität Stuttgart seit 06/2009 Univ.-Professorin, Lehrstuhl Informationsmanagement im Maschinenbau IMA & Zentrum für Lern- und Wissensmanagement ZLW & An-Institut für Unternehmenskybernetik IfU der RWTH Aachen seit 10/2011 seit 03/2011 Prodekanin der Fakultät für Maschinenbau der RWTH Aachen Vorsitzende des Vorstands des VDI Aachen