Ein Trend der Zeit: Wohin geht die Entwicklung in der Robotik, Frau Prof. Thomas?

Wie werden Roboter in der Zukunft aussehen? Werden diese menschenähnlich, wie C3PO in Star Wars, oder anders, wie R2D2? In verschiedenen Medien und Fachkreisen kursieren unterschiedliche Prognosen. LZ-Redakteur Thomas Köhler war an der TU Chemnitz und sprach mit Frau Prof. Dr. Ing. Ulrike Thomas, der Leiterin der Professur für Robotik und Mensch-Technik-Interaktion.

Die TU Chemnitz ist assoziiert im Robotics Institute Germany, einem Konsortium der führenden deutschen Robotik-Standorte.

Guten Tag, Frau Prof. Thomas! Die Bezeichnung Ihrer Professur ist Robotik, Mensch-Technik-Interaktion, es gibt ja auch Patente, z.B. für nichtlineare mechanisch elastische Gelenke. Das bedeutet, Sie beschäftigen sich nicht nur mit der Mensch-Technik-Interaktion, sondern auch mit der Roboter-Entwicklung. Zum Einstieg, Frau Dr. Sarah Mandl sagte mir im Interview: „Es gibt momentan einen Trend in der Forschungslandschaft, dass wir wieder weggehen von anthropomorphen, also menschenähnlichen, Robotern, dass wir eher wieder hingehen zu anders designten Robotern.“ Können Sie das so bestätigen?

Es gibt beides. Zum einen werden hoch spezialisierte Maschinen entwickelt und zum anderen gibt es eine größere Anzahl von Forschern weltweit, die sich mit der Entwicklung humanoider Roboter beschäftigt. Und das, denke ich, wird so sein müssen. Zum einen müssen wir die humanoiden Roboter weiter entwickeln. Schauen Sie sich ein relatives neues OpenAI-Video an, in dem man einen Roboter sieht, der schon relativ gut mit einem Menschen interagiert und den Tisch abräumen kann.

Er ist mit KI ausgestattet, mindestens für die Interaktion mit Menschen und auch die Erkennung der Umgebung. Jedoch kommen wir noch an Grenzen, was die Größe angeht, was die Bauweise angeht, was die Stromversorgung angeht. Insgesamt sind es doch immer noch größere, klobige Maschinen, die sich zu Hause keiner so gerne hinstellen möchte.

Da sehen wir, wenn man die Home-Automation betrachtet, einen anderen Trend. Beispiel Rasenmäher, sehr spezialisierte Maschinen, autonom fahrende Maschinen, die finden sehr große Akzeptanz. Also insofern stimmt es auch, was die Humanwissenschaftler sagen, dass die Maschinen als spezialisierte Maschinen mit einem ganz anderen Design schon eine größere Akzeptanz finden, als wenn plötzlich ein humanoider Roboter als Butler zu Hause über dem Flur läuft.

Dennoch denke ich, dass es immer noch an der Unzulänglichkeit humanoider Roboter liegt. Die müssen besser werden.

Wie sinnvoll ist es eigentlich, diese menschliche, evolutionär durchaus mangelhafte Konstruktion in der Robotik zu kopieren?

Ich denke, das ist schon sinnvoll. Da steckt der Wunsch hinter, sich quasi mechanisch zu klonen. Gemäß Sokrates: Wie schön wäre es, wenn wir Maschinen die Arbeit erledigen lassen könnten und wir den ganzen Tag Zeit für Muße hätten. Dann hätten wir mehr Freizeit, während der Roboter für uns die Arbeit erledigt, das ist der ursprüngliche Gedanke. Soll der Roboter uns im täglichen Umfeld helfen, sollte er ähnliche Anatomie besitzen. Er muss die Dinge erreichen können, die wir auch erreichen.

Das heißt, in den Schrank greifen, er soll ähnliche Räume nutzen, weil wir die ja mit ihm teilen, daher muss er logischerweise von der Geometrie her eine ähnliche Erreichbarkeit, ähnliche Größe und so weiter haben. Das ist aus praktischen Gründen und der besseren Einschätzbarkeit wegen so. Wenn ich mir einen Roboter vorstelle, der in der Küche helfen soll, den ich aber immer wieder umsetzen und umkonfigurieren muss, würde ich ihn nicht benutzen.

Ich erwarte, dass er eigentlich ähnlich geschickt ist wie der Mensch, ich erwarte, dass er mindestens überall dort dran kommt, wo auch ich dran komme und ähnlich viele Aufgaben erledigen kann. Daraus entsteht die Motivation, menschenähnliche Roboter zu bauen. Es hat vielleicht auch einen poetischen Hintergrund, dass wir gerne eine Maschine haben, die so aussieht wie der Mensch.

Schließlich hat die Evolution auch ihren Dienst geleistet und wir haben diese Anatomie, weil es sich einfach bewährt hat. Schließlich können Menschen vom Ackerbau bis zum PC bedienen sehr viel machen. Diese Universalität, die wir haben, die möchten wir in der Maschine auch abbilden. Und daher kommt dieser Wunsch, humanoide Roboter zu entwickeln.

Ich finde, es ist auch für Forscher und für Ingenieure eine spannende und eine herausfordernde Tätigkeit, den Menschen nachzubauen. Dieses Bestreben hat die Menschheit schon länger als 500 Jahre, ich kenne Zeichnungen von robotischen Händen aus dem 16ten Jahrhundert und daher glaube ich, dass es das Forschungsfeld auch weiterhin geben wird.

Ich stelle mir das immer witzig vor, einen Roboter zu Hause zu haben, der dann mit denselben Einschränkungen zu kämpfen hat wie ich. Ich könnte mir eher vorstellen, dass der Teleskoparme hat, um auf den Schrank zu greifen. Wir sagen manchmal: „Nimm die Augen in die Hand“, er könnte dann wirklich ein optisches Erfassungsgerät an den Händen haben. Die Handkonstruktion ist schon sinnvoll, aber ist es sinnvoll, dass ein Roboter sich hinknien oder auf den Boden legen muss, um bestimmte Sachen zu erreichen?

Nun, zum einen haben wir Forscher genug damit zu tun, einen Roboter zu entwickeln, der immerhin das kann, was der Mensch kann. Auch mit den Einschränkungen. Die Idee mit den veränderlichen Kinematiken – Teleskoparm – ist nicht schlecht, stellt uns Wissenschaftler aber doch noch vor einige Herausforderungen. Die Kamera in der Hand ist ein schönes Beispiel, was schon geht.

Das haben wir tatsächlich im Labor gebaut. Wir haben einen Dreifingergreifer entwickelt, mit einer eingebauten Kamera, weil das super praktisch ist, während man greift zu sehen, was man greift. Da hat man keine Verdeckung. Solche Features wird es geben und letztendlich zeigt sich dann, was der Endanwender kauft und akzeptiert, wird sich durchsetzen.

Ingenieure werden die eine oder andere Lösung auf den Markt bringen. Manches ist top und andere Sachen sind Flops, das wird die Zeit zeigen. Aber die Motivation, so einen Humanoiden zu entwickeln, ist alleine für den Ingenieur eine Herausforderung und deswegen einfach eine coole Aufgabe. Weitere praktische Features, wie Teleskoparme, kann man dann immer noch entwickeln.

Als Ingenieur sehe ich das genauso. Mir geht es um die Praktikabilität, der Roboter, der vorm Computer sitzt und die Tastatur bedient, wird es dann wohl eher nicht.

Oder der Roboter, der ins Auto steigt und ein Auto steuert. Es gab ja die Challenge der DARPA, wo wirklich ein humanoider Roboter sich ins Auto gesetzt hat. Das ist natürlich eine Frage, ob so etwas Sinn ergibt.

Das meinte ich mit praktikabel.

Aber da wird es, denke ich, so sein wie mit vielen anderen Produkten auch. Es wird Innovationen geben und die Innovationen, die praktikabel sind, setzen sich durch, andere Sachen verschwinden wieder. Bei den humanoiden Robotern wird man sehen, ob die sich durchsetzen. Aber ich glaube, der Wunsch, so einen Butler zu Hause zu haben, der vieles so ähnlich machen kann wie wir, wird bleiben.

Weil wir bei einem Humanoiden viel besser abschätzen können, welche Reichweite der Roboter hat, als wenn das solche sind, die wie Kraken sich bewegen würden und Teleskoparme haben. Ich denke, dass die Kooperation zwischen Mensch und Maschine mit dem humanoiden Roboter, der sich ähnlich bewegt wie Menschen, einfacher ist und eher akzeptiert wird.

Die Robotiker, die sich mit der psychologischen Seite der Mensch-Maschine-Interaktion beschäftigen, sprechen gerne vom Uncanny Valley, was ja nur beim humanoiden Roboter auftritt.

Ich habe dieses Uncanny Valley immer ein bisschen bezweifelt. Mittlerweile habe ich mich überzeugen lassen, dass es sicher ein Uncanny Valley gibt. Aber wo dieses Valley liegt, sind wir uns nicht immer einig. Ich denke, es liegt da, wo wir nicht mehr unterscheiden können zwischen Mensch und Roboter. Dann wenn ich überrascht bin, wenn man mir sagt, dass war jetzt ein Roboter und kein Mensch.

Da liegt zumindest mein gefühltes Uncanny Valley. Wobei das Uncanny Valley ja besagt, dass es weniger irritierend sei für Menschen, Roboter zu akzeptieren, die ihnen wieder sehr ähnlich werden. Vielleicht ist das auch sehr individuell. Wenn wir die Maschine noch erkennen, dann sind wir meiner Meinung nach noch nicht in diesem Uncanny Valley und wo die Maschine uns zu ähnlich wird, da landen wir irgendwann in diesem Uncanny Valley.

Aus meiner Intuition heraus landen wir in einem Uncanny Valley, wenn wir einen Roboter haben, den wir nicht mehr von einem Menschen unterscheiden können. Wenn mir auf der Straße ein Roboter begegnet, der so menschlich ist, dass ich ihn nicht mehr als Roboter wahrnehme und daher nicht von einem Menschen unterscheiden kann, dann sind wir definitiv im Uncanny Valley.

Ich glaube, das wird keine Akzeptanz finden. Wobei die Theorie des Uncanny Valley besagt, dass die Akzeptanz ab einer bestimmten Ähnlichkeit wieder steigt.

Zurück zu diesem C3PO. Der ist, auch wenn die Grundform menschlich ist, immer noch eine Blechbüchse. Da tritt das wahrscheinlich nicht auf, weil jeder weiß, dass es ein Roboter ist. Aber Ameca kennen Sie wahrscheinlich auch.

Ja, das Disneyland mit der Nachbildung des Kopfes, der schon so ähnlich ist, dass man ihn von einem Menschenkopf kaum noch unterscheiden kann. Oder Ameca, die schon sehr menschenähnliche, aber dennoch vom Menschen zu unterscheidende Mimik hat. Das ist eine Frage, der Zeit, wenn die Mimik von uns nicht mehr zu unterscheiden ist. Vielleicht haben wir dann auch das Uncanny Valley durchschritten.

Ich habe tatsächlich letztes Jahr mit Ameca face to face gesprochen, und ich muss sagen, es war befremdlich, denn es ist eben keine menschliche Mimik, sondern erkennbar ein Imitat ist. Das ist das, was dieses Uncanny Valley meint, man sagt: Hier stimmt was nicht.

Andere Frage, ich weiß nicht ob Sie es kennen, Seba/Libby/Dorr behaupten, der humanoide Roboter wird im Produktionsprozess eine disruptive Technologie. Begründet wird das unter anderem damit, dass er an den Maschinen arbeiten kann, die für Menschen designt sind. In der Produktion wäre es meines Erachtens eine Übergangsphase, dann hat man Maschinen, die von vornherein robotisch sind oder für die Bedienung durch Robotern entwickelt werden. Wie sehen Sie das?

Man hatte ja schon viel automatisiert in der Produktion, das stieß überwiegend aus technischen Gründen an Grenzen. Man hat Menschen wieder in die Produktion geholt und dann versucht, dort Maschinen und Roboter einzusetzen, um den Menschen zu entlasten, beim Heben schwerer Sachen und so weiter. Da ergibt es Sinn.

Bei vielen Tätigkeiten sind wir in der Robotik noch gar nicht so weit, zum Beispiel wenn es um feine, granulare Aufgaben geht. Da können wir mit Robotern Menschen noch gar nicht ersetzen, beispielsweise bestimmte Teile wie Drähte, die irgendwo hineingesteckt werden müssen, durch Roboter sind in der Produktion noch nicht verbreitet.

Damit das Roboter machen können, brauchen wir noch einiges an technischer Entwicklung. Mittlerweile haben wir Roboter, die sehr gut als Coworker eingesetzt werden können. Das findet auch Akzeptanz. Da kann man neue Methoden, die wir auch in größeren EU-Projekten entwickelt haben, in kleinen Unternehmen austesten und hinterher die Mitarbeiter befragen, wie gut es war. Wenn es plötzlich ein Humanoider wird und die Maschine sich dem universellen Roboter annähert, dann muss man sehen, ob es noch Akzeptanz findet.

In Logistikunternehmen wird befürchtet, wenn plötzlich über den Flur nicht nur Menschen sausen, sondern auch Roboter Sachen zusammensammeln, dass die Mitarbeiter sagen: Ich muss mich mit denen messen. Ich muss mich mit meinen physikalischen Fähigkeiten mit humanoiden Robotern messen lassen. Wenn das so ist, dann wird die Robotik keine Akzeptanz finden. Wir müssen also mit Robotern dort helfen, wo menschliche Arbeit teuer oder gar unmöglich oder unzumutbar ist.

Und nicht in Bereichen, in denen Menschen Angst haben, dass sie ihre Jobs verlieren. Wobei einige Jobs sicherlich wegfallen. In der Logistik werden sicherlich viele Jobs wegfallen, in der Produktion oder Pflege wird es wesentlich länger dauern. In diesen Bereichen gibt es viele, die immer wieder Angst haben, dass sie ihre Jobs verlieren. Man muss auch sagen, je geringer die Ausbildung ist derjenigen, desto eher laufen sie Gefahr, dass ihre Jobs automatisiert zu werden. Da hilft dann nur Ausbildung, um sich auf die Seite derer zu setzen, die die Maschinen entwickeln.

Und wenn Roboter, die für die Interaktion mit Menschen geschaffen sind, mit Robotern automatisch zusammenarbeiten und so ad hoc neue Teams in der Produktion entstehen, dann haben wir zumindest sehr gute hoch adaptive Roboter geschaffen. Ich glaube, dass wird nicht so schnell passieren, fände aber die Vorstellung schon sehr cool.

Das ist ja dasselbe Problem wie bei der KI, diese kann am besten Sachen ersetzen, die statistisch messbar und wiederholbar sind. Eine Schreibkraft, die den ganzen Tag Rundbriefe schreibt, die wird man sehr schnell ersetzen können.

Generell muss man sagen, die Robotik hat mehr Arbeitsplätze geschaffen, als sie ersetzt hat. Andere Arbeitsplätze, aber man weiß mittlerweile die Zahlen. Die Anzahl der Arbeitsplätze, die durch die Robotik hinzugekommen sind, sind mehr als die, die durch die Automatisierung verloren gegangen sind. Viele wegautomatisierte Jobs sind wiederholende, unangenehme Tätigkeiten oder auch körperlich schwere Tätigkeiten. Dort, wo sie sich flexibel und fast täglich auf neue Randbedingungen einstellen müssen, ist wenig automatisiert worden. Schließlich wurden auch viele neue Jobs geschaffen, aber in ganz anderen Bereichen. Ähnlich sehe ich das bei der KI auch.

Das ist das spannende Thema. Robotik bringt natürlich immer Angst hervor bei vielen Menschen. Wenn zum Beispiel vom Robotereinsatz im Pflegebereich gesprochen wird, ist natürlich die optimale Version, dass Roboter zur Entlastung der Pflegekräfte eingesetzt werden und diesen die Möglichkeit geben, mehr mit den Patienten zu interagieren. Das ist die Wunschvorstellung, die wir haben. Die Befürchtung ist immer, dass es anders läuft.

Die Befürchtung ist, dass aus wirtschaftlichen Gründen die Menschen dort weg gespart werden. Da wird es Grenzen geben, denn diese menschlichen oder sozialen Kontakte für Pflegebedürftige, für Kranke, die sind ja enorm wichtig. Das ist dann Aufgabe der Gesellschaft, Regeln zu finden, dass diese Positionen eben nicht weggespart werden. Da muss man Lösungen finden. Im Idealfall stellt man die Maschinen ein und diejenigen, die pflegen, die haben viel mehr Zeit für die persönliche Interaktion. Das wäre die Wunschvorstellung, dass die Gesellschaft sich das finanziell leisten kann. Es ist die Aufgabe der Politik, die richtigen Rahmenbedingungen zu setzen.

Robotik hat ja auch etwas mit Prothetik zu tun. Wenn man die Hand, die Sie da draußen auf dem Bild haben, sieht, das erinnert an diese Handprothese von ihrem Kollegen Prof. Bertholt Meyer.

Ja, mein Kollege hat eine Handprothese und daran kann man sehr gut erkennen, dass die Prothetik den Menschen hilft. Die Prothetik hat eine Verbindung mit der Robotik, die Elemente sind sehr ähnlich, gute Prothesen – gute Robotergelenke. Die Entwicklungen können sich gegenseitig bereichern, sich gegenseitig verbessern. Die Prothetik ist da ein ganz wichtiger Teil und man sieht dort, dass man diese Technik auch anwenden kann.

Da hat man natürlich viel schneller Feedback, weil es Patienten gibt, die diese Prothesen anwenden. Und dann können Verbesserungen vorgenommen werden. Aber das ist sicherlich ein Markt, der vorhanden ist und leider auch durch Kriege zur Zeit nicht abnimmt. Vielleicht haben Sie schon etwas von dem Bionic Man gehört. Er ist ein sehr gutes Beispiel: Durch ein persönliches Schicksal hat er beide Füße verloren. Dann hat er sein Hobby, Klettern, wieder aufgenommen, und zwar mit den besten Prothesen, die er finden konnte.

Hat festgestellt, dass er mit den Prothesen besser klettern konnte als vorher. Heute entwickelt er selber Prothesen und ist Professor am MIT. Die Prothetikentwicklung hat er extrem gepusht und geht heute in Länder, wo wenig Ressourcen zur Verfügung stehen und erstellt mit günstigem Equipment diese Prothesen, bzw. entwickelt Bausätze dafür.

Also es stimmt, die Erfahrungen aus der Prothetik helfen dann auch wieder der Robotik, wobei da die Herausforderungen hinsichtlich Gewicht und Kraft sicherlich noch höher sind. Dennoch lassen sich vielleicht leichtere und günstigere Roboter bauen.

Der Part Prothetik wird, wenn Leute über Robotik sprechen, immer komplett vernachlässigt. Die meisten bringen das nicht zusammen.

Die Bionic-Ingenieure, die Prothesen entwickeln, stecken auch häufig in der Robotikentwicklung und umgekehrt. Beziehungsweise man sieht auf den Konferenzen diverse Synergien. Dort werden auch leichte neue Materialien vorgestellt, die für die Prothetik wichtig sind, gerade Prothesen dürfen nicht schwer sein. Das hilft dann wieder, leichtere Roboter zu bauen.

Leichte Roboter brauchen weniger Strom und können mit kleineren Batterien betrieben werden. Die Stromversorgung ist immer noch ein Problem. Man kennt das Problem vom autonomen Fahren, da sind Ladezeiten ein großes Thema und können einen erheblichen Wettbewerbsvorteil darstellen. Das Gleiche gilt auch für die Service-Roboter zu Hause. Wir wollen den Roboter nicht ständig in die Ladestation schicken müssen.

Wenn wir dann leichtere, neue Materialien haben, die vielleicht aus der Prothetikentwicklung getriggert werden, dann hilft das auch der Roboterentwicklung. Wenn wir weniger Masse bewegen, verbrauchen wir weniger Energie und die Systeme können länger betrieben werden. Umgekehrt gibt es natürlich auch Synergien, vielleicht im Bereich Haptik.

Was hat es mit Ihrem Patent, diesen mechanisch-elastischen Gelenken, auf sich? Muss ich mir das faserelastisch vorstellen?

Nein, das ist noch richtig harter Maschinenbau, den wir da anwenden. Es geht zunächst erst einmal darum, dass die Roboter reaktiv werden, dass sie auf Kontakt reagieren können. Es gibt eine Bauweise heutiger Leichtbauroboter, damit sie überhaupt mit Menschen interagieren können. Die verwendeten Roboter haben Drehmomentsensoren, die messen das Drehmoment und reagieren durch eine geeignete Regelung.

Dann ist in dem Moment, indem das Drehmoment im Gelenk gemessen wird, der Kontakt schon passiert. Jetzt haben wir Federn eingebaut, sodass diese Federn zunächst die Energie aufnehmen können. Natürlich ist eine Feder manchmal auch hinderlich, wenn man vielleicht eine Schraube festziehen will. Hätte man nur normale Federn, dann würde das System schwingen und man könnte die Schraube nicht anziehen.

Also muss man diese Federn so vorspannen, dass das Gelenk mal weich und mal hart ist. Die Herausforderung dabei ist, eine große Bandbreite abzudecken, bei relativ kleiner Bauweise. Und das macht dieses Gelenk.

Wir haben dort noch keine in sich weichen Materialien verbaut. Idealerweise würden wir für die Robotik ein Material haben, an das wir ein Signal anlegen und das Material wird weich. Ein anderes Signal und das Signal wird hart.

Diese Umschaltvorgänge sollten bitte auch noch schnell sein. Das haben wir nicht, beziehungsweise es gibt ganz wenige Materialien, die diese Anforderungen erfüllen würden. Daher haben wir noch ganz konservativ einen Mechanismus mit Federn und einer Kurvenscheibe erfunden, die aus Aluminium oder Stahl gebaut sind.

Aber es ist ja trotzdem wichtig.

Genau, ich bin davon überzeugt, dass die nächste Generation der Industrieroboter mit so etwas ausgestattet sein wird. Wir haben heute den Zustand, dass man schwere Industrieroboter mit niedrigen Geschwindigkeiten fahren muss. Zusätzlich werden optische Schranken verwendet, damit die Roboter abschalten, wenn der Mensch in den Bereich hineingeht.

Wenn die Roboter Federn haben, die man weich schalten kann, dann könnte man diese Mensch-Roboter-Interaktion auch bei etwas schwereren Robotern verbessern und man müsste nicht jedes Mal abschalten und den Roboter anhalten.

Das bedeutet, wir umgehen die Abschottung des Roboterbereiches, diese Gefahr für den Menschen, der sich in den Roboterbereich hinein begibt?

Ja, wir wollen das möglich machen, auch bei den ganz schweren Robotern. Es gibt ein paar leichtere Roboter, bei denen das bereits möglich ist. Diese haben üblicherweise eine Gewichtsklasse bis 5 kg. Eine Ausnahme ist der Roboter IWA, dessen Vorgänger am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt entwickelte wurde und von KUKA lizenziert ist. Und jetzt wollen wir das auch für die schwereren Roboter ermöglichen.

Letztendlich wäre es gut, wenn der humanoide Butler zu Hause in der Lage ist, zwei Bierkästen zu tragen, aber er soll mich auch nicht verletzen, wenn ich unerwartet in seinen Arbeitsbereich komme.

Genau, da kann man eben den Roboter dann weich und hart schalten, je nachdem, ob die Bierkästen getragen werden müssen oder ob er andere Tätigkeiten ausführen soll, beispielsweise mit den Kindern spielen.

Diese Zusammenarbeit in dem vorhin angesprochenen Robotics Institute Germany, ist das eine reine Forschungszusammenarbeit?

Das ist ein neu gegründetes Institut, getriggert aus dem Bundesministerium und soll die Kräfte bündeln, die wir in der Robotik in Deutschland haben. Wir haben an Instituten, Forschungseinrichtungen, Universitäten verschiedene Robotik-Schwerpunkte und wir wollen die einfach besser vernetzen. Es sind zehn Forschungseinrichtungen, die damit jetzt starten und dann weitere Forschungseinrichtungen die assoziiert sind. Das soll zur Vernetzung beitragen, es soll auch dazu beitragen, die Lehre und Forschung zu koordinieren. Wir müssen uns in Deutschland überlegen, wo kommen eigentlich diese ganzen Roboterforscher her, die wir brauchen. Dafür müssen wir Standards deutschlandweit definieren. Robotik ist ein recht junges Gebiet, da hat jede Universität noch eine eigene Ausbildungslinie. Hier wollen wir Standards setzen, um das riesige Nachwuchsproblem zu lösen. Dafür müssen wir einerseits unseren Nachwuchs animieren, spannende Fächer zu studieren, die zur Robotik hinführen. Und andererseits, wenn wir das nicht alleine aus unserem Nachwuchs rekrutieren können, müssen wir international wettbewerbsfähige Studiengänge kreieren, um die besten Köpfe von überall herzubekommen.

Ingenieurstudiengänge sind, habe ich gehört, langsam wieder im Kommen. Aber wenn ich mal ausgehe von unserem Schulsystem, da liegt gerade bei den MINT-Fächern einiges im Argen. Ich habe letztens ein Gespräch mit einem Mathematikprofessor von der Uni Leipzig gehabt, da ging es darum, dass eben viele Studienanfänger an die Unis kommen, die in den MINT-Fächern zwar gute Zensuren haben, aber denen elementare Kenntnisse fehlen.

Ja, das ist sehr bedauerlich. Die Robotik ist die Anwendung der Mathematik und wenn die Mathematikkenntnisse nicht vorhanden sind, dann kann man die zwar nachholen, aber das dauert. Es ist wirklich schade, dass an den Schulen solche Fächer wie Mathematik immer weniger gelehrt werden. Da muss man sich wirklich Gedanken machen, wie man in Zukunft Studierende für die MINT-Fächer gewinnen kann und gute Ingenieure findet.

Eine Möglichkeit ist es, ein Jahr früher mit der Schule anzufangen und alle auf einen Stand zu bringen, dass man die schulischen Anforderungen nicht runterschrauben muss. Das wäre eine Lösung. Und dann auch Mathematik nicht aus den Stundenplänen streichen. Das ist der Wahnsinn, der leider in der Vergangenheit passiert ist. Denn diese Fähigkeit zum logischen Denken brauchen wir in allen naturwissenschaftlichen und technischen Studiengängen und nicht nur da.

Und die naturwissenschaftlichen und technischen Studiengänge sind die Basis für den Wohlstand. Wir müssen uns die Medizin leisten können, wir müssen uns die ganzen humanistischen Fächer leisten können, und das können wir nur über gute Ingenieurausbildung und gute Naturwissenschaftsausbildung. Und dafür brauchen wir Mathematikgrundkenntnisse.

Beim Ingenieurstudium hat mein Mathe-Dozent gesagt: Das ist das Problem, welches wir haben, fehlende Kenntnisse in der Elementarmathematik. Vergessenes, was man so nebenbei mal gelernt hat, man lernt immer nur von Step zu Step, und am Ende hat man nur noch das, was in den letzten zwei Jahren behandelt wurde im Kopf. Wenn dann banale, elementare Fragen kommen, steht man da und sagt: Hm.

Ja, ich kann mich auch an den Anfang meines Studiums erinnern, wir hatten auch in den ersten drei Mathevorlesungen die gesamte Schulmathematik wiederholt. Da bedarf es, wenn man nicht mitkommt, viel Fleiß, um das wieder aufzuholen. Da entsteht dann auch häufig der Bruch und es passiert, dass nach ein oder zwei Semestern Mathematik viele abbrechen, weil die Mathematik vielleicht zu abstrakt ist. Man muss überlegen, ob man didaktisch noch besser vorgeht. Dass man vielleicht die Mathematik nicht zu abstrakt lehrt und mit praktischen Anwendungen den Stoff vermittelt. In der Elektrotechnik sollten die Studierenden beispielsweise einen Arduino bekommen und einfache Aufgaben lösen. Wenn man Sachen praktisch ausprobieren kann, und das ist auch das Schöne an der Robotik, hilft es oft, die Theorie besser zu verstehen. Das wird sicherlich dazu führen, dass einige mehr im Studium bleiben. Und in Mathematik müssen wir versuchen, von der ersten Klasse bis zur letzten gut zu unterrichten und auch didaktisch gut vorzugehen.

Vielleicht sollte das Bildungsministerium sagen, die Lehrpläne müssen mal durchgesehen werden, was ist überhaupt sinnvoll?

Ja unbedingt, ich bin der Meinung, dass wir im Bereich Naturwissenschaften und Mathematik viel mehr Unterricht brauchen, als es zurzeit gibt. Und manche Fächer könnten vielleicht ein bisschen reduziert werden. Vielleicht kann man einige Fächer halbjährlich im Wechsel unterrichten, wie Kunst und Musik und dafür dann Naturwissenschaften und Mathematik durchgängig unterrichten.

Bei zwei bis drei Sprachen dürfen wir auch nicht kürzen. Die sogenannten weichen Fächer, wie Musik oder Kunst halte ich auch in einer breiten Ausbildung für wichtig, aber nicht zulasten von sogenannten harten Fächern.

Wir haben ja das hehre Ziel, zumindest wenn man bestimmte Akteure in der Politik hört, führend in der KI-Forschung zu werden, wir möchten führend in der Robotik werden, wir möchten beim autonomen Fahren führend werden. Das Personal dafür fehlt.

Die Voraussetzungen dafür haben wir eigentlich. Wir haben einen traditionell sehr guten Maschinenbau, wir haben eine ganz gute Informatik und Elektrotechnik. Die deutsche Automatisierungstechnik ist weltweit bekannt. Auf Robotik-Konferenzen gehören wir seit Jahren unter die Top 5, manchmal auch an Platz 2. Da wird jedes Jahr auf den Konferenzen eine Rangliste erstellt und wir schneiden gar nicht schlecht ab. Wir haben in der Breite sehr gute Universitäten.

Aber wir sind dabei, auch an den Universitäten nicht aufzupassen, dass wir diese Fächer weiterhin pushen, sondern wir haben an den Universitäten folgende Situation. Die Anzahl der Studenten wird gezählt und wenn die gering ist, dann kriegen die Fakultäten, in denen die Studienzahlen zurückgehen, auch weniger Personal und weniger Möglichkeiten, etwas zu machen.

Zumindest ist das an unserer Universität (leider) zur Zeit so. Das ist eine Abwärtsspirale, in die man sich da begibt. Man kann nur dagegen ansteuern, wenn man sagt: Wir benötigen mehr Geld und bestimmte Pläne, um wieder mehr Studenten in die Ingenieurwissenschaften zu bekommen.

Und alle anderen Fächer bekommen auch mal einen NC. Wieso brauchen wir diese hohe Anzahl an Studierenden in der Philosophie? Brauche ich die wirklich, um Deutschland und Europa voranzubringen? In bestimmten Teilen ja, aber eigentlich könnten davon auch 20–30 % gute Ingenieure werden. Warum üben wir da nicht ein bisschen Kontrolle aus, damit wir das ermöglichen?

Eine letzte Frage. Wie sehen Sie in den nächsten Jahren die Entwicklung der Robotik, was wird passieren?

Wir sehen zur Zeit einige Start-ups, die neue Roboter entwickeln. Und soweit ich informiert bin, werden humanoide Roboter in allen Start-ups, die ein bisschen größer sind, in irgendeiner Form entwickelt. Insofern werden wir bald neue Roboter am Markt sehen, sowohl humanoide als auch welche in der Produktion und Automatisierung. Dass wir einen humanoiden Roboter haben, der zu Hause als Butler arbeiten kann, das wird noch ein wenig dauern und mit ein wenig, meine ich eher 10 oder 20 Jahr als 5 Jahre.

Bis der so robust ist, dass wir ihn zu Hause und in der Pflege einsetzen können, das wird dauern. Was die Automatisierungstechnik angeht, da benötigen wir Roboter, um günstiger produzieren zu können. Hier wird es sicherlich kontinuierlich mehr Roboter geben. Diese werden auch als Coworker agieren. Diese Zahlen steigen seit Jahren kontinuierlich. Zur Steigerung der Akzeptanz ist es wichtig, die Roboter nicht programmieren zu müssen. Da hilft uns die KI, um die Roboter schnell an neue Fertigungslinien anzupassen.

Es wird in Richtung Industrie 5.0 nochmal einen Entwicklungssprung geben. Roboter können verbal verstehen, was sie machen sollen. Sie können Bilder interpretieren wie wir und blitzschnell analysieren, wie etwas zu erledigen ist. In diesem Bereich werden viele Firmen innovative Lösungen auf den Markt bringen. Zur Zeit ist es Nvidia, die das Rennen im Bereich KI machen, aber auch andere werden nachziehen.

Bei der KI waren die ersten großen Erfolge im Bereich der Bildverarbeitung zu verzeichnen, nachdem man beim Hören/Verstehen nahezu menschliche Leistung erreicht hatte. Die Erfolgswelle begann Anfang der 2010 Jahre und wird sicherlich noch anhalten. Durch die neue KI-Technologie konnte man plötzlich in der Bildverarbeitung Sachen lösen, die man vorher nicht lösen konnte. Beispielsweise den Griff in die Kiste mit vollkommen unsortierten unbekannten Objekten.

Heute geht das. Ein Trigger für den Erfolg waren sicherlich die Faltungsnetze. Der nächste Trigger sind rekurrente neuronale Netze und Transformernetze, mit denen es gelingt, alte falsche Informationen wieder zu vergessen. Damit hat man beim Lernen eine Zeitkomponente geschaffen, die auch für Videostreams wichtig ist. Wir setzten diese in der Forschung bereits für die Prädiktion von menschlichen Aktionen ein, damit der Roboter besser antizipieren kann. Der nächste Entwicklungssprung waren die Large Language Models, die für ChatGPT den Anstoß gegeben haben.

Jedoch benötigen wir immer noch zum Trainieren große Datenmengen. Das ist ein Nachteil, aber durch das Internet und vorhandene große Datenbanken kann dieser ausgeglichen werden. Die KI für die Robotik stellt immer noch eine Herausforderung dar. Wir haben es im Gegensatz zur Bildverarbeitung nicht nur mit zwei Dimensionen x und y zu tun. Wenn wir einen Roboter betrachten, dann hat ein Roboterarm normalerweise 6-7 Freiheitsgrade. Betrachten wir einen humanoiden Roboter, so hat der Oberkörper bereits 48 Freiheitsgrade, die Beine sind dabei noch nicht mitgerechnet.

Zusätzlich haben wir noch Sensoren an den Fingerspitzen usw., also insgesamt ein hochdimensionales System. Da sieht man schnell, dass es noch einige Entwicklungsstufen braucht, bis man einen humanoiden Roboter komplett mit KI autonom bewegen kann. Dafür bedarf es neben der Optik auch der Haptik und Akustik. Mit den Freiheitsgraden aus der Bewegung handelt es sich um ein hochdimensionales Problem und da braucht man auch die KI.

Es werden noch ein paar Innovationen kommen (müssen), bis man wirklich von intelligenten Robotern sprechen kann. Wir sehen das beim jüngst veröffentlichten OpenAI im Video. Wenn ich eingangs das Video gelobt habe, kann man mit einem kritischen Blick auch erkennen, dass der Mensch seine Hand unter den Apfel hält, und der Roboter nur noch die Finger öffnet, sodass der Apfel in die menschliche Hand fällt.

Für eine gute Mensch-Roboter-Interaktion möchte man die Objekte aus der Bewegung heraus übergeben können. Daher könnte man sich was Smarteres überlegen. Aber das Aufgreifen von Objekten klappt schon sehr gut.

Also sagen wir: In der nächsten Zeit wird viel passieren, aber die Science Fiction, die bleibt noch Science Fiction?

Ich möchte das ein bisschen vergleichen mit dem autonomen Fahren. Es sind schon 1990 die ersten Autos autonom auf bestimmten Straßen gefahren und wir sind heute immer noch nicht so weit, dass wir im Alltag autonome Fahrzeuge verwenden. Es fehlen immer noch die zwei oder drei Prozent Zuverlässigkeit. Wenn das autonome Fahrzeug einen Fehler macht, haben wir ein Problem.

Weil man diese 100 Prozent Sicherheit haben will, aus Akzeptanzgründen. Es hat bisher schon unheimlich lange Zeit an Entwicklung gebraucht und wird auch noch ein bisschen brauchen. Ich erwarte, dass es bei humanoiden Robotern ähnlich wird, dass man viele Sachen entwickeln wird und in bestimmten Bereichen, in der Fertigung, in der Logistik, werden wir Roboter sehen.

Auch vielleicht welche auf der Straße, die Pakete verteilen. Aber wir werden sie noch nicht in der Breite haben, dass wir sie zu Hause verwenden können. Das wird noch dauern, wobei es schon spezielle Roboter gibt, bei denen ich mir überlege, ob ich sie mir auf den Küchentisch stelle.

In den Robotern wird immer mehr KI sein. In Industrierobotern hat man bisher algebraisch ausgerechnet, wie die Gelenke sich bewegen müssen, heute können wir das mit Neuronalen Netzen, jedoch nicht mehr so exakt. Aber das reicht, die hinreichende Genauigkeit für die Aufgabe erhalten wir aus der Action-Perception-Loop. Das bedeutet, dass Sensoren die Positionen nachkorrigieren, solange, bis der Roboter die Aufgabe erfüllt hat und dafür setzen wir dann wieder KI ein.

Nehmen wir als Beispiel den Atlas-Roboter. Bisher fast ohne KI, wenn man den Parcours verändert, funktioniert es nicht mehr, dann würde er danebentreten. In Zukunft sehen wir da ganz viel KI, dass die Roboter auch über unebenes Terrain laufen können. Insofern werden wir dem, was heute Science Fiction ist, schon ein bisschen näherkommen.

Ich vergleiche es mal mit dem Film „Zurück in die Zukunft“, Flachbildschirme hatte man damals nicht, heute hat sie jeder. O.k., die Zeitmaschine haben wir immer noch nicht, und die Hoover gibt es leider auch nicht, sondern nur kleine smarte Roller, aber lassen sie uns mal weiter spinnen: Vielleicht gibt es in Zukunft KI oder Roboter mit KI, die wieder neue Roboter mit anderem Design erschaffen.

Die Frage ist, ob es dann noch Robotiker braucht? Das ist noch ein langer weg, und fraglich, ob es überhaupt so geht. Spannend wäre es zu untersuchen, ob eine KI neue Kreaturen, Roboter, erschaffen kann, die dann andere Formen als Humanoide haben, an die wir noch gar nicht gedacht haben. Das wäre auch mal ein spannendes neues Projekt.

Wir werden also sehen, ob sich humanoide oder anders designte Roboter letztendlich durchsetzen. Frau Prof. Thomas, ich danke Ihnen für das Gespräch und Ihre Zeit.