Forschungsprojekt der TU München

Reflexe für Roboter

Reflexe schützen unseren Körper, z.B. wenn wir die Hand von einer heißen Herdplatte zurückziehen. Solche Schutzmechanismen könnten auch für Roboter hilfreich sein. In ihrer Fachpublikation, erschienen in Scientific Reports, erklären Professor Sami Haddadin und Johannes Kühn von der Munich Institute of Robotics and Machine Intelligence (MIRMI) der TU München, warum Schläge auf die Finger von Testpersonen Grundlagen für die Roboter von morgen schaffen können.

Im TUM-Anwender- und Forschungszentrum Geriatronik werden zukünftig Roboterassistenten entwickelt und in Feldstudien erprobt. (Bild: ©Uli Benz / TU Muenchen)

In der Fachpublikation von Professor Sami Haddadin und Johannes Kühn von der Munich Institute of Robotics and Machine Intelligence (MIRMI) der TU München, erschienen in Scientific Reports, beschreiben die beiden Wissenschaftler einen Versuchsaufbau, bei dem Menschen buchstäblich eins auf die Finger bekommen, um ihre Reflexe zu untersuchen. Für die Studie in Zusammenarbeit mit dem Imperial College London mussten die Reflexe der Versuchspersonen diese gleich vor zwei Schäden schützen: Einerseits vor einem Schlag auf die Hand, andererseits musste beim Zurückziehen von Hand und Arm eine Kollision mit einem Hindernis am Ellbogen vermieden werden. Die Wissenschaftler untersuchten dabei die Rückzugsbewegung und haben festgestellt, dass die Bewegung hochgradig koordiniert abläuft.

Außerdem wurde erkannt, dass das vom Menschen antizipierte Schmerzempfinden den Reflex maßgeblich beeinflusst: Wenn ich weiß, dass das Objekt hinter mir einen ähnlichen Schmerz auslösen wird, wie der Schlag auf meine Finger, ziehe ich Arm und Hand anders zurück, als wenn mir bewusst ist, dass das Objekt hinter mir keine Schmerzen verursacht.

Während der Mensch über Schutzreflexe verfügt, verhalten Roboter sich bei drohenden Kollisionen noch meist recht stupide: Sie bleiben stehen und bewegen sich nicht, bis der Mensch eingreift. Das mag in einigen Situationen sinnvoll sein. Würde der Roboter aber z.B. bei Kontakt mit einer heißen Herdplatte einfach stillhalten, hätte das fatale Folgen. Deshalb beschäftigen sich Haddadin und Kühn an der MSRM mit der Entwicklung von autonomen, intelligenten Reflexmechanismen, sozusagen als Teil des zentralen Nervensystems für Roboter. Der Mensch dient hier als Vorbild: Wie funktionieren seine Reflexe und was kann man daraus für die Entwicklung von intelligenten Robotern lernen?

Dabei haben die Wissenschaftler Einblick erhalten, wie die Reflexbewegung im Detail abläuft: Die Koordinierung des Menschen könnte so interpretiert werden, dass er die Schulter gewissermaßen nach vorne wirft, um das Zurückziehen der Hand zu beschleunigen. Dieses Prinzip könnte auch in der Entwicklung von Reflexbewegungen bei humanoiden Robotern angewendet werden: Ein einzelnes Roboterglied könnte gezielt angesteuert werden, um ein anderes zu beeinflussen.

Auch wäre es ein großer Vorteil, wenn Roboter Schmerzen antizipieren könnten. Das könnte dabei helfen, potenzielle Kollisionen zu klassifizieren, also nach ihrer Gefährlichkeit einzustufen, und gegebenenfalls eine Rückzugsbewegung zu planen. Damit ließe sich nicht nur die Sicherheit des Roboters sicherstellen. Wenn der Roboter in der Lage wäre, menschliches Schmerzempfinden zu antizipieren, könnte er in einer für den Menschen gefährlichen Situation sofort einschreiten, um zu verhindern, dass diesem Schmerz widerfährt.