Der 3d-gedruckte Roboterhund Astro – basierend auf Künstlicher Intelligenz

Wissenschaftler der Florida Atlantic University (FAU) haben innovative Technologien wie den 3D-Druck, Maschinelles Lernen, Künstliche Intelligenz und Robotik genutzt, um einen intelligenten Roboterhund namens Astro zu erschaffen. Dieser hat die Fähigkeit Dinge zu erkennen, Geräusche wahrzunehmen sowie durch datenbasiertes Training sich selbst weiterzuentwickeln.

Astro´s Aufgaben und Ausstattung

Der noch als „Welpe“ bezeichnet Roboterhund Astro reagiert derzeit nur auf Befehle wie „Sitzen“, „Stehen“ und „Liegen“. Im Laufe der Zeit behaupten die Wissenschaftler, dass Astro lernen wird, Handzeichen zu verstehen und darauf zu reagieren. Außerdem soll er verschiedene Farben identifizieren sowie mehrere Sprachen verstehen können. Ihr Ziel ist es sogar ihm die Fähigkeit zu geben menschliche Gesichter zu unterscheiden und sogar andere Hunde zu erkennen.

Astro ist in der Lage, mit seiner Umgebung in Echtzeit zu interagieren, indem er über Sensoren, Kameras und ein Richtmikrofon verfügt. Diese technischen Widgets ermöglichen es Astro, Umgebungsdaten über mehrere Instanzen hinweg zu erfassen, darunter Optik, Schall, Gas und Radar.

Hauptaufgaben für den Roboterhund Astro könnten die Erkennung von Waffen und Sprengstoffen zur Unterstützung von Polizei, Militär und Sicherheitspersonal sein. Neben den Streitkräften kann Astro auch als Diensthund für Sehbehinderte oder zur medizinischen Diagnoseüberwachung programmiert werden. Die Wissenschaftler trainieren den Roboterhund auch als Ersthelfer für Such- und Rettungseinsätze wie Hurrikanaufklärung und militärische Manöver.

Bildquelle: Alex Dolce/Flordia Atlantic University

Funktionsweise des eingebauten Neuronalen Netzes

An das Robotersystem von Boston Dynamics, das den vierbeinigen Körper des Hundes darstellt  befestigte das FAU-Team den Kopf – hergestellt mit 3D-Druck. Der Kopf verfügt über ein computerstimuliertes Gehirn, das nicht nach vorprogrammierter Robotersteuerung arbeitet. Stattdessen verwendet es ein sogenanntes „Deep Neural Network“, was einem neuronalen Netz mit mehreren sogenannten „hidden layers“, also mehreren Schichten entspricht. Dies funktioniert so, dass neue Sprachinputs und visuelle Signale in das neuronale Netz geleitet werden und dann mit vorher eingegeben Trainingsdaten abgeglichen werden. Je nach Übereinstimmung werden die Inputs dann gewichtet und es entsteht so über mehrere Entscheidungskriterien hinweg (Schichten) ein Output. Der Output letztendlich ist eine  Aussage mit einer bestimmten Sicherheit (%), also eine Art Prognose die auf den wahrgenommenen Ereignissen bzw. Daten basiert. Je nach Ergebnis führt dieses Training dazu, dass der Roboterhund lernt sich so zu verhalten, dass er das Potenzial hat nützliche Aufgaben zu erfüllen.

Vereinfachter Aufbau eines neuronalen Netzes – Quelle: Dr. T. Wilde

Nicht die erste Verbindung zwischen 3D-Druck und Robotik

Der 3D-Druck hat in den letzten Jahren zur Entwicklung mehrerer Roboter, die auf Basis künstlicher Intelligenz arbeiten, beigetragen. Aufgrund ihrer Konstruktions- und Fertigungsmöglichkeiten wird die Technologie auch im Bereich der Soft-Robotik erforscht.

Boston Dynamics selbst hat den 3D-Druck genutzt, um seinen Roboter namens „Atlas“ zu entwickeln, dessen Funktionsweise dem Menschen stark ähnelt. Der Roboter wurde für Such- und Rettungszwecke entwickelt und kann normal gehen, auf unebenem Boden joggen, über Hindernisse springen und sich nach einem Sturz selbst aufheben. Der 3D-Druck spielte eine wichtige Rolle bei der Entwicklung der Beine von Atlas, die aufgrund ihrer Beweglichkeit und Manövrierfähigkeit unerlässlich waren.

ETH-Roboter haben auch einen selbstlernenden Eislaufroboter mit 3D-Druck namens „Skaterbot“ entwickelt. Der Roboter wurde auf dem diesjährigen Weltwirtschaftsforum in Davos ausgestellt, wo er auch an einem Eishockeyspiel teilnahm.

Bildquelle Titelbild: Alex Dolce/Flordia Atlantic University 

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