SMiLE-AI
Aufbauend auf den bisherigen SMiLE-Projekten sollen einerseits Autonomie und Robustheit der Robotersysteme konsequent weiterentwickelt werden, aber andererseits auch die Lern- und Interaktionsfähigkeit der Systeme verbessert werden, um mit neuartigen, komplexen Situationen intelligent umgehen zu können. Im Projekt SMiLE-AI stehen diese beiden Ziele im Vordergrund, zu deren Erreichung zukunftsweisende KI-Technologie eingesetzt werden soll. Mittels zweier Demonstratoren soll ein Langzeiteinsatz von Servicerobotern sowie die Anpassungsfähigkeit von Assistenzrobotern in der Pflege demonstriert werden.
Laufzeit: | 2025-01-07 bis 2029-06-30 |
Anwendungsfelder: |
|
Förderung: | Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie (StMWi) |
Projektdetails
Kernelement der Forschungsaktivitäten im Bereich Assistenzrobotik für die Pflege ist das SMiLE-Ökosystem zum Betrieb von heterogenen Robotersystemen. Dabei geht es um die Entwicklung von unterschiedlichen Steuerungsmodi, die eine zielgerichtete Kommandierung der Roboter, angepasst an die aktuelle Einsatzumgebung ermöglicht. Ergänzt werden diese Steuerungsmodi um eine Möglichkeit zur Steuerung der Roboter aus der Ferne (Teleoperation). Diese Fernsteuerung soll es ermöglichen, autonom agierende Robotersysteme frühzeitig in die Anwendung zu bringen. Aus einem Kontrollzentrum heraus können geschulte Tele-Pflege-Assistenzen die Roboter im Bedarfsfall fernsteuern, sollten die autonomen Fähigkeiten des Roboters in einer gegebenen Situation nicht ausreichen. Hinsichtlich der nutzungsbezogenen Steuerungsmöglichkeiten für die Roboter werden im SMiLE-Ökosystem unterschiedliche Autonomielevel betrachtet. Bei der direkten Steuerung wird der Roboter z.B. über einen Joystick bedient und führt dabei die vom Menschen initiierten Bewegungskommandos „direkt“ aus. Im Autonomielevel der geteilten Steuerung, werden die Nutzerkommandos durch eine KI-basierte Software adaptiert, um die Bedienung des Roboters zu erleichtern. Ähnlich einem Spurhalteassistenten im Auto hilft die Teilautonomie dabei, den Roboter auf der für die Aufgabe richtigen Bahn zu halten. Dies kann z.B. dabei helfen, die notwendige Präzision zu erreichen, wenn man den Ausguss einer Wasserflasche über ein Glas bringen möchte, um ein Getränk einzuschenken. Die geteilte Steuerung hilft aber auch dabei, alle Freiheitsgrade des Roboters zu koordinieren, um z.B. mit dem Rollstuhl durch die Tür zu fahren, während der Roboterarm die Tür öffnet. Im Autonomielevel der überwachten Autonomie wird der Roboter mittels einer graphischen Benutzeroberfläche, z.B. einer Tablet-App, oder mittels Sprachkommandos bedient. Einzelne Aktionen wie z.B. das Holen eines Objektes oder das Öffnen eines Kühlschrankes oder einer Tür führt der Roboter in diesem Autonomielevel eigenständig aus. Im höchsten Autonomielevel soll ein Roboter komplexe Tätigkeiten selbständig und bei Bedarf auch ohne direkte menschliche Kommandierung ausführen. Ein anpassungsfähiges Assistenzsystem für den Pflegealltag bzw. die persönliche Unterstützung von Menschen mit körperlichen Beeinträchtigungen muss zudem ein flexibles und reibungsloses Umschalten von einem Autonomielevel zum anderen gewährleisten. Zudem müssen für einen längerfristigen und robusten Einsatz in der realen Umgebung die Autonomiefunktionen weiter ausgebaut werden.
Die Vision von SMiLE-AI ist es, den nächsten großen Schritt in Richtung eines anpassungsfähigen und zuverlässigen Assistenzroboter-Ökosystems zu gehen, so dass ein langfristiger Einsatz in realistischen Umgebungen tatsächlich möglich ist. Hierzu sollen vor allem neu verfügbare KI-Methoden dabei helfen, die Roboterautonomie substanziell zu verbessern. Derzeit scheitert ein langfristiger Einsatz von Robotersystemen in realen Alltagsumgebungen vor allem an der mangelnden Fähigkeit, robust mit Unsicherheiten umzugehen sowie der begrenzten Anpassungsfähigkeit der Roboter, um angemessen auf neuartige Situationen zu reagieren. Dies gilt sowohl für die autonome Navigation als auch Manipulation von Gegenständen in komplexen Alltagsumgebungen. Infolgedessen ist ein erheblicher technischer Support erforderlich, was einem echten Einsatz von Servicerobotern im Wege steht. Außerdem sind Spracherkennung und natürlichsprachliche Interaktion wichtige Voraussetzungen für die Akzeptanz durch Benutzende und müssen weiter entwickelt werden. SMiLE-AI hat das zentrale Ziel, die Roboterautonomie zu steigern (d.h. in Richtung überwachte Autonomie) und einen längerfristigen Einsatz des robotischen Ökosystems zu ermöglichen. Hierzu müssen folgende wesentliche Systemeigenschaften verbessert werden:
1) höhere Robustheit (Fehlertoleranz und sicherer Umgang mit unbekannten Objekten bzw. Umgebungen),
2) Transferierbarkeit von Wissen- und Fähigkeitsrepräsentationen,
3) eine verbesserte Adaptivität (Lernen und Aktualisieren von Fähigkeiten, flexible Anpassung des Autonomiegrads) und
4) eine intuitive Mensch-Roboter-Interaktion (natürlich-sprachliche Interaktion und ergonomische Mensch-Maschine-Schnittstellen) zur Optimierung der Benutzerfreundlichkeit.
Ein wichtiges übergeordnetes Ziel von SMiLE-AI ist es, die Eigenschaften und Fähigkeiten weitestgehend plattformunabhängig zu entwickeln, d.h. eine Implementierung sollte auf einer breiten Palette an Service- bzw. Assistenzrobotern möglich sein.
