AI.Society: Robotik- und KI-Anwendungen der Zukunft

Fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF) sind fester Bestandteil in automatisierten Intralogistiksystemen. Auch wenn FTF insbesondere für den Transport von standardisierten Ladungsträgern effektiv eingesetzt werden können, sind sie nicht in der Lage, während des Transports weitere Tätigkeiten durchzuführen, um den Transportprozess wertschöpfend zu gestalten. Ziel des Projekts „Adaptive Prozessplanung mittels mobiler Vormontage-Systeme“ ist die Erweiterung des Aufgabenspektrums von FTF um komplexe Handhabungs- und Vormontageprozesse, die auch während der Fahrt ausgeführt werden können. Durch Kombination eines mobilen Roboters mit zwei kollaborativen Manipulatoren lassen sich insbesondere auch derzeit manuell auf mobilen Plattformen durchgeführte Tätigkeiten automatisieren. Im Gegenzug kann eine ortsfeste Arbeit für Menschen auch in flexiblen Produktionsprozessen ermöglicht werden. Die KI-basierte Steuerung kann flexibel auf Lastspitzen und Fehler reagieren.

Unter Verwendung der Technologie, die im Rahmen des europäischen Horizon 2020-Projekts I.AM. (Impact-Aware Manipulation) entwickelt wurde, zeigen wir einen der Anwendungsfälle, die von der Verfolgung absichtlicher Stöße bei robotischen Manipulationsaufgaben profitieren. Dabei geht es um das schnelle Greifen von Objekten mit einem Doppelarm-Roboter, bei dem der Kontakt zwischen dem End-effektor und dem Objekt mit einer Relativgeschwindigkeit ungleich Null hergestellt wird. In unserer Demonstration zeigen wir, wie diese Idee dazu beitragen kann, die Zykluszeit f ̈ur die Roboterdepalettierung zu ver- ringern. Dazu verwenden wir zwei Franka-Emika-Roboter mit speziell angefertigten flachen Silizium-Endeffektoren und eine Reihe von Test- paketen mit unterschiedlichem Gewicht (bis zu 2 Kilogramm).

Roundpeg präsentiert den ersten Roboter mit integrierter Menschenerkennung, der ohne Zaun mit der Arbeitsgeschwindigkeit von Industrierobotern operiert.

Wenn Roboter durch die Beobachtung des Menschen lernen ist es meist nicht ausreichend nur die Bewegung des Menschen zu verfolgen sondern es müssen weitere Informationen über die Interaktion des Menschen mit der Umgebung bestimmt werden. Die Demo zeigt wie ein Manipulator erflogreich dynamische Parameter von Objekten bestimmen kann indem er mit diesen interagiert. Für eine erfolgreiche Ausführung der zu lernenden Aufgabe sind Masse, Schwerpunkt und Inertia des Objektes von großer Bedeutung.

Netzwerkmanagement in der KI-Fabrik. Wir werden zeigen, wie KI deterministische Garantien für die Netzwerklatenz in einer Fabrik bieten kann.

Digitale Zwillinge werden in der KI.FABRIK sowohl mit Engineering-Daten als auch mit Daten aus dem Betrieb erstellt. Für das WITTENSTEIN-Getriebe wurde ein prototypischer Digitaler Zwilling entwickelt, der ein Asset auf Basis der Asset Administration Shell standardisiert elektronisch beschreibt. Der daraus resultierende Digitale Zwilling ermöglicht den Austausch von Asset-bezogenen Daten zwischen Industrieanlagen sowie zwischen Anlagen und Produktionsorchestrierungssystemen oder Engineering-Tools.

CENTRAL.AI und automatische Planung & Rekonfiguration ermöglichen konkurrenzfähige automatisierte Fertigung (Production-as-a-Service) in Bayern auch für Losgröße 1 bei komplexen Produkten.

Diese Demo zielt darauf ab, das Problem der Manipulation von verformbaren Objekten im Produktionsprozess anzugehen, das derzeit nur manuell gehandhabt werden kann. Visuelle und taktile Informationen werden zur Erkennung und Verfolgung bereitgestellt, und die Verdrahtungsaufgabe wird autonom durch die Zusammenarbeit von zwei Panda-Robotern gelöst.

Ein leistungsfähiger Digitaler Zwilling ermöglicht einen neuen Weg zur Verbesserung des Produktionsmanagements und der Zugänglichkeit für menschliche Bediener. Die Digital Twin-Mediated Teleoperation zielt darauf ab, die Herausforderungen einer menschenzentrierten Teleoperationsstation für Produktionsaufgaben wie der Montage, die derzeit weitgehend manuell durchgeführt werden, zu bewältigen. Visuelles und bilaterales haptisches Feedback ermöglicht es dem menschlichen Experten, Montageaufgaben aus der Ferne zu unterstützen, indem er/sie gemeinsam mit dem Roboter in der Fabrik agiert. Die modellvermittelte Teleoperation kann sowohl die Transparenz als auch die Stabilität der robotischen Teleoperation verbessern. Sie besteht aus einem lokalen Modell der Umgebung, das verwendet werden kann, um sofortiges visuelles und haptisches Feedback zu vermitteln, anstatt auf verzögerte Signale aus der entfernten Umgebung angewiesen zu sein.

Die mobile Roboterdemo in der KI-Fabrik zeigt die Fähigkeiten eines fortschrittlichen autonomen Roboters in einer Produktionsumgebung. Der Roboter ist mit hochmodernen KI-Technologien und Sensoren ausgestattet, die es ihm ermöglichen, durch die Fabrik zu navigieren, Objekte zu identifizieren und Aufgaben mit hoher Präzision und Effizienz auszuführen.

Collective Learning oder das Roboter Kollektiv ist Teil der KI.FABRIK und besteht aus 100 Robotern. Ihre Aufgabe ist es die Handgriffe zu lernen, die die Central AI der KI.FABRIK für die Produktion eines neuen Bauteils vorsieht. Möglich macht das die breite Auswahl an Aufgabe, die das Kollektiv im Hintergrund lernt. Aus dieser, im Bereich Robot Learning bisher einzigartigen, Big Data Sammlung, lässt sich auch für neue Aufgaben der passende Handgriff schnell finden.

Wir nutzen generative künstliche Intelligenz (KI) Algorithmen und additive Fertigungstechnologie, um das Produktdesign für kleine Produktionsmengen zu optimieren. Unser Programm ermöglicht eine nahtlose Interaktion zwischen menschlichen Designern und KI, was einen natürlichen und intuitiven Designprozess ermöglicht. Durch die iterative Auswahl von KI-generierten Designvorschlägen, die bestimmte Kriterien erfüllen, können Designer die KI durch den Generierungsprozess führen. Die Verwendung von additive Fertigungstechnologie ermöglicht es uns, das generierte Design schnell und kosteneffektiv zu drucken und einzusetzen. Dieser Prozess ist schnell, kosteneffektiv und sehr anpassungsfähig, was ihn ideal für die Entwicklung von kundenindividuellen Produkten macht.

Hydrabyte stellt mit der Robosphere ein System zur optimalen Nahfeldbewegungsplanung von Manipulatorgruppen vor. Die einzigartige Multi-Roboter-Technologie von Hydrabayte erlaubt die simultane Durchführung mehrerer Montagevorgänge auf kleinstem Raum. Zusammen mit der Olive Robotics GmbH wird am Stand die Montage von robotischen Systemen unter Verwendung der modularen robotischen Komponenten von Olive Robotics demonstriert.

Mimetik entwickelt Lösungen für die menschenzentrierte Automatisierung und Robotersteuerung. Das Know-how von Mimetik ist ein IIoT-Sensor für menschliche Aktivitäten. Er basiert auf KI-gesteuerten Datenhandschuhen in Industriequalität, die Hand-/Fingerbewegungen verfolgen und eine Intelligenz aus den Bewegungsdaten extrahieren. Die firmeneigene KI sorgt für hohe Genauigkeit und schnellen Einsatz. Mit dem Schwerpunkt auf industriellen Anwendungen verbessert Mimetik das Training von Arbeitern an Fließbändern, optimiert die Effizienz und Ergonomie von Arbeitsplätzen und verbessert die automatische Qualitätskontrolle.

Die Demo soll einen Überblick darüber geben, wie das Meshmerize-Netz dazu beitragen kann, schnell eine Netzabdeckung in den Gebieten bereitzustellen, die eine Herausforderung für Mobilfunknetze darstellen. Wir freuen uns darauf, in unserem Szenario zu zeigen, wie einfach es ist, ein zuverlässiges Netzwerk einzurichten und eine starke Konnektivität aufrechtzuerhalten, die den Feuerwehreinsätzen sehr zugute kommt. Da es nicht von der Infrastruktur eines Mobilfunknetzes abhängig ist, kann es sowohl in einem abgelegenen Wald als auch in einer belebten Stadt eingesetzt werden. UAVs und Mesh können den Feuerwehrleuten ein zusätzliches Paar Augen bei der Bekämpfung der Flammen zur Verfügung stellen und so eine sichere Inspektion des Geländes, eine nach Prioritäten geordnete und strategische Katastrophenhilfe, effiziente Such- und Rettungsmaßnahmen, den Austausch von Informationen und die Verfolgung der Standorte der Teammitglieder gewährleisten.

Niemand verschüttet gerne einen Kaffee – Roboter auch nicht. Bei dieser Demo wollen wir zeigen, dass Roboter Flüssigkeiten mit Sicherheitsgarantien transportieren und manipulieren können. Das heißt, wir präsentieren Roboter mit verschüttungsfreien Fähigkeiten! Wir möchten auch alle Teilnehmer einladen, mit unseren Roboterarmen zu interagieren und sie fernzusteuern, um Ihr Lieblingsgetränk sicher zu transportieren. Würdest du einem Roboter erlauben, dein Lieblingsgetränk zu tragen? Besuchen Sie unseren Stand und unsere Roboter auf der Automatica München_i 2023!

Echtzeit-Visualisierung von Muskelanspannung während einer Reihe von Bewegungen in einem menschlichen Muskel-Skelett-Modell.

Für den allgegenwärtigen Einsatz in modernen Haushalten müssen Roboter neue Skills lernen können, müssen die relevanten Eigenschaften des Skills repräsentieren können und die Skills an ihre eigene Roboterkinematik anpassen, um sie mit (verschiedenen) Objekten in einer neuen Umgebung auszuführen, die andere Einschränkungen als derjenigen Umgebung haben kann, in der das Skill gelernt wurde. Wir stellen ein Zwei-Phasen-System zum erstens Lernen und anschließenden Anpassen von Skills vor. In der Lernphase wird ein modell- und wissensbasierter Ansatz mit einem erfahrungsbasierten Ansatz anhand umfangreicher Repräsentierungsmöglichkeiten verglichen. Und in der Anpassungsphase führt ein Roboter eine der erlernten Aufgaben (d.h. Skillsequenz) selbstständig aus.

Wir möchten gerne neue Fähigkeiten von GARMI zeigen, die seit unserer Präsentation im letzten Jahr entwickelt wurden. GARMI kann via Teleoperation als Avatar funktionieren, der mithilfe verschiedener Eingabegeräte, z.B. unser eigens entwickeltes Exoskelett oder den haptischen Controller Omega gesteuert werden kann. Für die Teleoperation kann eine vollständige VR-Umgebung genutzt werden. Zusätzlich möchten wir auch einige der autonomen Servicefunktionen von GARMI demonstrieren.

Exoskelett zur Fernsteuerung des humanoiden Avatars GARMI und zur Interaktion mit Patienten

Die Telemedizin-Demo zeigt, wie der humanoide Serviceroboter GARMI mit einem haptischen Eingabegerät (Omega.7) oder einem HTC Vive Controller bedient werden kann.

Hände spielen eine wichtige Rolle im menschlichen Leben für Greif-, Propriozeptions- und Kommunikationszwecke. Den Verlust der feinen und koordinierten Funktion der oberen Extremitäten mit Prothesen zu kompensieren, ist eine medizinische, technologische, psychologische und soziale Herausforderung. Auch wenn künstliche Gliedmaßen die Aussicht eröffnen, einige fehlende Fähigkeiten wiederherzustellen, klafft noch immer eine große Lücke zwischen den verfügbaren kommerziellen Geräten und den wahrgenommenen Anforderungen der Prothesenträger. Dieser Stand umfasst neuartige Lösungen für intelligentere Neuroprothesen, sowohl in ihrem Aufbau als auch im Regelkreis. Wir werden Demos von im Handel erhältlichen Händen, explorative und bioinspirierte Designs durch Soft-Robotik und verschiedene Steuerungsmodalitäten präsentieren.

Ziel des Forschungsprojekts AURORA ist die Entwicklung eines mobilen Serviceroboters für den OP-Trakt. Diese "Robotic Circulating Nurse" bewegt sich frei im unsterilen OP-Bereich und unterstützt das OP-Team selbstständig mit kontextabhängigen Aufgaben, wie z.B. der Bereitstellung von Sterilgut oder dem Einstellen von medizinischen Geräten. Dadurch kann der heute herrschende Mangel an Pflegekräften abgeschwächt werden. Außerdem ist das System dazu in der Lage, mit anderen Robotern zu kollaborieren, etwa in Form einer sterilen Übergabe-Interaktion mit dem Instrumentier-Roboter SASHA-OR.

Im Forschungsprojekt SASHA-OR wird ein intelligenter Assistenzroboter für den chirurgischen Operationssaal entwickelt, der für den sterilen Einsatz am OP-Tisch konzipiert ist. Das System unterstützt das Operationsteam durch ein flexibles Instrumenten- und Objektmanagement. Durch den Einsatz von taktiler Sensorik und Computer-Vision-Methoden kann der Roboter verbal mit dem OP-Team interagieren, angeforderte laparoskopische Instrumente und Sterilgüter erkennen, übergeben und entgegennehmen. Neben der Interaktion zwischen Roboter und Mensch zielt das System auch auf die Interaktion zwischen Roboter und Roboter ab, um sterile Übergabevorgänge mit dem Springer-Roboter AURORA zu ermöglichen.

Wir freuen uns, unsere Forschungsergebnisse zu einigen der neuesten Entwicklungen im Bereich der Katheter-Trackingtechnologien und deren mögliche Auswirkungen auf künftige minimalinvasive endovaskuläre Verfahren vorstellen zu können. Diese Technologien nutzen fortschrittliche Algorithmen und eine Vielzahl von Bildgebungs- und Sensortechniken, um eine Echtzeitführung während der Katheterplatzierung zu ermöglichen. Die Integration dieser Technologien hat das Potenzial, die Genauigkeit und Effizienz medizinischer Verfahren zu verbessern, selbst bei komplexen anatomischen Strukturen. Durch die Verringerung von Fehlern und die Verbesserung der Patientenversorgung stellen die Technologien zur Katheter-Tracking einen spannenden Wachstumsbereich in der Medizintechnik dar. Ihre Einbindung in medizinische Eingriffe unterstreicht das Potenzial der künstlichen Intelligenz, den Bereich der interventionellen Medizin zu verändern und die Patientenversorgung zu verbessern.

Patienten auf der Intensivstation müssen ständig überwacht werden, um Zwischenfälle wie Stürze oder das Entfernen von Kathetern zu vermeiden. Aufgrund des Personalmangels im Gesundheitswesen und der ständig wachsenden Menge an Dokumenten ist es jedoch nicht möglich, ständig eine Pflegekraft an der Seite des Patienten zu haben. Um dieses Problem zu lösen, schlagen wir die Verwendung von Kameras zur Überwachung von Patienten vor, indem wir ihre 3D-Skelette verfolgen. Anhand der verfolgten Skelette können dann die Handlungen der Patienten erkannt werden. Anhand dieser Informationen kann ein System entwickelt werden, das das Pflegepersonal benachrichtigt, wenn einem Patienten etwas zugestoßen ist.

Bei der Spiegeltherapie sieht der Nutzer eine Reflexion der nicht-betroffenen Hand in einem in der Körpermittelachse aufgestellten Spiegel an der Stelle der betroffenen Hand. Die Beobachtung normaler Handbewegungen an der räumlichen Position der betroffenen Extremität hat einen stark stimulierenden Effekt auf das motorische System und wird sehr erfolgreich in der Therapie von Schlaganfall. In der VR Demo können Sie das nachvollziehen, wenn Bewegungen ihrer virtuellen Hand von der gegenüberliegenden realen Hand gesteuert werden. In verschiedenen einhändigen oder beidhändigen Spielen können Sie die Leistung Ihrer Avatar-Hand verbessern.