Wie Roboy 2.0 als humanoider Roboter ein Abbild vom Menschen wird

Laura steht derzeit an der U-Bahn. Der nächste Zug kommt erst in 15 Minuten. Weil Laura keine Lust hat zu warten, ruft sie Roboy: „Kannst du mich abholen?“. Nach wenigen Minuten biegt ein Roboter mit einem Lastenrad um die Ecke. „Hallo Laura, gerne nehme ich dich mit. Wohin möchtest du?“

Klingt nach Fiktion? Keineswegs. Denn an der Technischen Universität München (TUM) arbeiten derzeit mehrere Wissenschaftler an einem Non-Profit-Forschungsprojekt, um einen Roboter zu entwickeln, der dem Menschen im gesamten Auftreten so nahe wie möglich kommen soll.

Roboy 2.0 (sprich Roboy two-oh) ist ein interdisziplinäres Grundlagenforschungsprojekt mit gigantischen Ausmaßen und einem ziemlich ambitionierten Entwicklungsplan.

„Unser Ziel ist es, einen humanoiden Roboter zu konstruieren, der genau so funktional ist wie der menschliche Körper“, erklärt Rafael Hostettler, Leiter des Roboy-Projekts. „Er soll sich nicht nur bewegen können wie ein Mensch, sondern auch sehen, hören und interagieren können wie wir.“

Interdisziplinäre Teams entwickeln gemeinsam ein komplexes Modell

Deshalb vereint das Team mit über 100 Studierenden, Doktoranden und Absolventen der Technischen Universität München Experten aus den verschiedensten Fachbereichen. Gemeinsam arbeiten sie mit einem Netzwerk von Wissenschaftlern auf der ganzen Welt schon seit Jahren an der Entwicklung des humanoiden Roboters. Das KTH Royal Institute of Technology in Stockholm (Neuroprothetik), die Chinese University of Hong Kong (Algorithmik zur Ansteuerung des Roboters), Oxford University (Belastung von künstlichen Sehnen während diese wachsen) und natürlich die TUM (Robotik & Echtzeitsysteme, Produktentwicklungsmethoden) sind zum Beispiel ständige Kooperationspartner.

In der aktuellen Entwicklungsstufe kann Roboy bereits auf einem Rad in die Pedale treten, Hände schütteln und Gespräche führen. Er kann Xylofon spielen – eine für Roboter aufgrund der dazu benötigten Dynamik besonders komplexe Aufgabe – und im Sommer bereits Eis verkaufen. 2020 soll er in der Lage sein, grundlegende medizinische Diagnostik durchzuführen. Die gesamte Forschung ist Open Source und schafft Grundlagen in Robotik, Künstlicher Intelligenz und audiovisueller Datenverarbeitung.

„Sparen wir in der Hand ein paar Gramm, purzelt das Gewicht in der Hüfte.“

Auch der Aufbau, das Gewicht und die Beschaffenheit der knochenähnlichen Bauteile spielen in diesem Zusammenhang eine wichtige Rolle. Den menschlichen Körper mechanisch abzubilden ist nur sehr aufwendig möglich. So bilden die Ingenieure mit innovativen Methoden wie 3D-Druck, Generativem Design und anderen hochmodernen technologischen Verfahren Knochen, Muskeln und Sehnen nach, anstatt, wie im Roboterbau sonst üblich, Gelenke mit Motoren lediglich zu ersetzen.

Für die Entwicklung von Roboy 2.0 nutzt das Team Autodesk Fusion 360 mit Generativem Design. Das erlaubt den Wissenschaftlern im sogenannten generativen Designprozess als Teil der Künstlichen Intelligenz, das Gewicht wichtiger Bauteile des Roboters deutlich zu reduzieren und die Stabilität gleichzeitig zu erhalten.

„Sparen wir in der Hand ein paar Gramm Gewicht, reduzieren sich die Kräfte, die die Hüfte aushalten muss und wir können sie dementsprechend leichter machen“, so Hostettler. „Dadurch können wir wiederum bei allen weiteren Komponenten Gewicht sparen, was Roboy noch agiler macht.“ Kein Selbstzweck, denn Roboy soll langfristig selbstständig Laufen lernen. Für die ersten Schritte ist ein leichter und trotzdem stabiler Stand Pflicht.

Bei Roboy 2.0 wird Generatives Design aktuell zur Entwicklung der Hüfte angewandt. Das Team brauchte dank Berechnungen in der Cloud nur drei Tage für die Entwicklung der ersten Prototypenversion. Auch die Rückseite der Kopfschale soll mit Generativem Design umgesetzt werden. Mittelfristig soll so sogar die Wirbelsäule mit den beweglichen Elementen des Roboters optimiert werden.

3D-Druck sorgt für zügige Entwicklungsschritte

Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Autodesk Fusion 360 ist die direkte Eignung der darin erstellten Designs für 3D-Druckverfahren. In Fusion erstellte Dateien müssen nicht erst langwierig für den Druck aufbereitet werden, sie lassen sich stattdessen direkt ohne Kompilierungsaufwand in 3D-gedruckte Objekte umsetzen. Bei Roboy 2.0 sind fast alle Teile lasergesintert, d. h. in kunststoffähnlichen Materialien 3D-gedruckt.

„Klassische Frästeile benötigen etwa sechs bis acht Wochen Lieferzeit, eine Ewigkeit in der agilen Produktentwicklung“, erklärt Hostettler. „In diesem Zeitraum haben wir bereits drei bis vier neue Produktvarianten entwickelt.“

Ein weiterer Vorteil: Die Geometriefreiheit des 3D-Drucks erlaubt es dem Team, Bauteile so zu designen, wie sie sein sollten, nicht wie sie aufgrund von Fertigungshemmnissen erstellt werden müssen. Die werkzeugfreie Herstellung spart darüber hinaus Zeit und Kosten.

Zukunftsmusik mit Praxisbezug in vielen Bereichen

Roboy 2.0 ist ein faszinierendes Beispiel für menschlichen Entwicklungsgeist. Auch wenn der Roboter derzeit vor allem noch der Grundlagenforschung dient, so haben die im Zuge der Entwicklung gewonnenen Erkenntnisse schon heute Auswirkungen auf zahlreiche andere Sparten. Das Projekt hat Anwendung in der Mensch-Roboter-Kollaboration. Auch für die Entwicklung innovativer Prothesen ist das Projekt von unschätzbarem Wert. Neurowissenschaftler verstehen mit Hilfe der im Roboy 2.0-Projekt gewonnenen Erkenntnisse besser, wie der menschliche Körper das Zusammenspiel von über 600 Muskeln koordiniert – auch wenn er manchmal zu müde zum Laufen ist und sich lieber von Roboy abholen lässt.

Autodesk ist Partner vom Wissenschaftsjahr 2019 mit dem Fokus auf Künstliche Intelligenz (KI) und unterstützt damit die Initiative der Bundesregierung, den Blick für die Chancen in KI zu schärfen sowie die Herausforderungen dieses neuen Technologietrends zu thematisieren.