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Session 1: Next Generation Robotics

Die Roboter von morgen: Evolution oder Revolution?

Früher eine visionäre Idee; heute Teil unseres Alltags: Roboter sind aus unserer Welt nicht mehr wegzudenken und revolutionieren immer wieder aufs Neue unsere Fertigungs- und Arbeitsprozesse, aber auch Medizin, Pflege und eine Vielzahl anderer Lebensbereiche. Ihre Einsatzmöglichkeiten und Fähigkeiten scheinen grenzenlos zu sein – oder? Welche Aufgaben werden sie zukünftig bewältigen können? Und wie sieht sie überhaupt aus, die nächste Robotergeneration? Geht es lediglich um das ‚Finetuning‘ bestehender Skills oder kommen völlig neue Entwicklungen auf uns zu?

Mit diesen und weiteren Fragen beschäftigen sich führende Robotik-Experten aus aller Welt:

Prof. Cecilia Laschi, National University of Singapore
Prof. Ferdinando Rodriguez y Baena, Imperial College London
Dr.-Ing. Laura Marchal-Crespo, Delft University of Technology
Prof. Lucia Pallottino, University of Pisa
Session-Chair
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Weitere Sessions

Session 2 : Networking Intelligence - Session 3 : Industrial Perception and Autonomy - Session 4 : Learning, Understanding and Interaction

Auch wenn uns die kinematischen Systeme von Lebewesen oft unspektakulär erscheinen, so sind sie in Wahrheit komplexer als jede Form der heutigen Robotik. Diese scheinbar „simple Komplexität der Natur“ beleuchtet Prof. Cecilia Laschi in ihrem Soft Robotics-Vortrag – und formuliert daraus die Frage: Was kann die Robotik der Zukunft von der Natur lernen, um ihre Effizienz zu optimieren?

Prof. Ferdinando Rodriguez y Baenas Forschungsschwerpunkt liegt auf der Anwendung mechatronischer Systeme in der Medizin – insbesondere in der Diagnostik und Chirurgie. Er beschäftigt sich mit der Gegenwart und Zukunft medizinischer Robotiksysteme vor dem Hintergrund der Kommerzialisierung unserer Kliniken.

Dr.-Ing. Laura Marchal-Crespo hat eine Vision: die Revolutionierung von Ergo- und Physiotherapie sowie Logopädie und Neuropsychologie durch moderne Robotertechnologie. Ihr Ansatz? Hochleistungstrainings in einem motivierenden und sicheren VR-Umfeld, die Menschen beim motorischen Lernen und der neurologischen Rehabilitation unterstützen.

Roboter werden schnell, selbstständig, sehr unterschiedlich und vor allem: viele sein – so die These von Prof. Dr. Lucia Pallottino. In ihrem Vortrag skizziert sie unseren Weg in eine „Robotik-Gesellschaft“ und zielt auf unser Verständnis ab, wie eine große Anzahl sehr unterschiedlicher Arten von Robotern zukünftig koexistiert, kommuniziert und zusammenarbeitet.

Die Speaker und Vorträge dieser Session

“Soft Robotics and the simple complexity of Nature”

Robotics technologies have reached a level of performance and reliability that are uncommon in other technological fields. Robots are helpful in factories, in hospitals, underwater and in the sky. They have a huge potential to help us at home, in our cities and in our daily activities, but not yet fully ready for that. Robots are complex systems, requiring important amounts of energy and computation to work properly.

If we turn our eyes towards living beings, we see systems that look simple in their behaviour, in natural environments, efficient, flexible and adaptable to unexpected situations. Yet, they are in fact way more complex than our robots. What are the principles for making complex systems simple in their behaviour? This is the lesson that we can learn from Nature, in robotics. We learn that intelligence is not only in brain and computation, but also in the body. A soft body can help take advantage of such embodied intelligence and reduce computation and energy needs.

Soft robotics has been growing fast in recent years and producing a variety of technologies for building robots with soft materials and compliant structures. Bioinspired soft robotics is enabling robot abilities that were not possible before, like morphing, stiffening, growing, self-healing, evolving. Soft robots find applications in many fields, from medicine to underwater explorations. We can envisage future scenarios with robots that are more life-like and better integrated in our natural world, contributing to a more humane relations with people and a fairer relation between technology and nature.

Cecilia Laschi ist Professorin an der National University of Singapore in der Abteilung Maschinenbau. Sie ist derzeit von der Scuola Superiore Sant'Anna in Italien am BioRobotics Institute (Dept. of Excellence in Robotics & AI) beurlaubt. Laschi hat an der Universität Pisa Informatik studiert und an der Universität Genua in Robotik promoviert. Sie war JSPS-Gastforscherin an der Waseda-Universität in Tokio.

Ihr Forschungsinteresse gilt der Softrobotik, einem Bereich, in dem sie Pionierarbeit geleistet und zur internationalen Entwicklung beigetragen hat, einschließlich Anwendungen in der Nautik und Biomedizin. Sie setzt sich mit humanoider Robotik und Neurorobotik auseinander.

Sie ist Chefredakteurin von Bioinspiration & Biomimetics und Mitglied in den Redaktionsausschüssen zahlreicher Zeitschriften, darunter Science Robotics, sowie Korrekturleserin für Zeitschriften wie Nature und Science, für EC (einschließlich ERC), für HFSP und nationale Forschungseinrichtungen.

Sie ist Mitglied der AAAS, Senior-Mitglied von IEEE, EMBS und RAS, wo sie AdCom-Mitglied und Mitvorsitzende des TC on Soft Robotics ist. Sie gründete und leitete die erste IEEE-RAS Int. Conf. on Soft Robotics.

Sie ist Mitbegründerin des Spin-off-Unternehmens RoboTech srl.

Soft Robotics and the simple complexity of Nature

Robotics technologies have reached a level of performance and reliability that are uncommon in other technological fields. Robots are helpful in factories, in hospitals, underwater and in the sky. They have a huge potential to help us at home, in our cities and in our daily activities, but not yet fully ready for that. Robots are complex systems, requiring important amounts of energy and computation to work properly.

If we turn our eyes towards living beings, we see systems that look simple in their behaviour, in natural environments, efficient, flexible and adaptable to unexpected situations. Yet, they are in fact way more complex than our robots. What are the principles for making complex systems simple in their behaviour? This is the lesson that we can learn from Nature, in robotics. We learn that intelligence is not only in brain and computation, but also in the body. A soft body can help take advantage of such embodied intelligence and reduce computation and energy needs.

Soft robotics has been growing fast in recent years and producing a variety of technologies for building robots with soft materials and compliant structures. Bioinspired soft robotics is enabling robot abilities that were not possible before, like morphing, stiffening, growing, self-healing, evolving. Soft robots find applications in many fields, from medicine to underwater explorations. We can envisage future scenarios with robots that are more life-like and better integrated in our natural world, contributing to a more humane relations with people and a fairer relation between technology and nature.

Hightech-Summit Session 1: Next Generation Robots

“Medical Robotics in the Hamlyn Centre: Present Use Cases and Future Directions”

Surgical technology has experienced steady growth over the past three decades, with the widespread adoption of computer navigation and robotics finally on the horizon. Fuelled by unique experiences in technological development, clinical deployment and commercialisation, this talk will provide a unique take on the ups and down of surgical robotics research, followed by a glimpse into the future of this technology, with examples of new mechanisms, control strategies, visualisation technologies and machine learning schemes currently under development at Imperial College.

Ferdinando Rodriguez y Baena ist Professor für Medical Robotics in der Abteilung für Maschinenbau am Imperial College, wo er die Forschungsgruppe für Mechatronik in der Medizin und die Abteilung für angewandte Mechanik leitet. Seit Juli 2020 ist er ingenieurwissenschaftlicher Ko-Direktor des Hamlyn Centre, das Teil des Institute of Global Health Innovation ist. Er ist Gründungsmitglied und großer Fürsprecher des Imperial College Robotics Forums, das heute die erste Anlaufstelle für Robotikforschende am Imperial College ist.

Sein 20-köpfiges Team von Mitarbeitern und Doktoranden hat einen translatorischen Fokus, wobei die Arbeit sowohl Grundlagenforschung als auch marktnahe Entwicklungen umfasst. Er ist Vorsitzender des Programmkomitees der International Society for Computer Assisted Orthopaedic Surgery (CAOS International), der CAOS UK und des Hamlyn Symposiums; außerdem ist er Gründungsvorsitzender des kürzlich eingerichteten IET-Ausschusses Communities Committee for Technical Networks (CC TN), Träger des Philip Leverhulme-Preises (Ingenieurwissenschaften), ehemaliger ERC-Stipendiat und Koordinator eines europäischen Projekts über robotergestützte neurochirurgische Medikamentenverabreichung (EDEN2020) mit einem Projektvolumen von 8,3 Mio. €. Er hat über 160 Publikationen veröffentlicht und bis heute mehr als 14 Mio. € an Forschungsgeldern erhalten.

Medical Robotics in the Hamlyn Centre: Present Use Cases and Future Directions

Surgical technology has experienced steady growth over the past three decades, with the widespread adoption of computer navigation and robotics finally on the horizon. Fuelled by unique experiences in technological development, clinical deployment and commercialisation, this talk will provide a unique take on the ups and down of surgical robotics research, followed by a glimpse into the future of this technology, with examples of new mechanisms, control strategies, visualisation technologies and machine learning schemes currently under development at Imperial College.

Hightech-Summit Session 1: Next Generation Robots

“Robot-Assisted Neurorehabilitation: Hyper-Realistic Multisensory Robotic Training”

The possibility of using robotic devices and virtual reality to support motor learning and neurorehabilitation is promising since robots can deliver high-intensity training in a motivating and safe virtual environment. However, recent meta-analyses concluded that traditional robotic training yields similar or even inferior outcomes to conventional therapy, especially in activities in daily living. This is not surprising, since current rehabilitation robots only provide general assistance, independent of patients’ individual needs, to perform rather artificial movements that are far from being functional.

Laura Marchal-Crespo is Associate Professor at the Department of Cognitive Robotics, Faculty 3mE (Mechanical, Maritime and Materials Engineering), Delft University of Technology, Netherlands. Her research focuses on the general areas of human-machine interaction and biological learning and, in particular, the use of robotic devices and immersive virtual reality for the assessment and rehabilitation of patients with acquired brain injuries such as stroke. A major goal of her research is to gain a better understanding of the underlying mechanisms associated with the acquisition of novel motor skills in order to develop innovative technology to improve neurorehabilitation. She develops intelligent controllers that modulate movement errors based on patients’ special needs, age, and training task characteristics using a wide selection of robotic devices for upper and lower limb rehabilitation. She further employs electroencephalography (EEG) and functional magnetic resonance imaging (fMRI) to identify neurocognitive markers underlying motor learning.

Robot-Assisted Neurorehabilitation: Hyper-Realistic Multisensory Robotic Training

The possibility of using robotic devices and virtual reality to support motor learning and neurorehabilitation is promising since robots can deliver high-intensity training in a motivating and safe virtual environment. However, recent meta-analyses concluded that traditional robotic training yields similar or even inferior outcomes to conventional therapy, especially in activities in daily living. This is not surprising, since current rehabilitation robots only provide general assistance, independent of patients’ individual needs, to perform rather artificial movements that are far from being functional.

Hightech-Summit Session 1: Next Generation Robots

“Toward a society of Robots”

Since its birth 60 years ago, robotics has witnessed a large growth and profound change in scope: from segregated robots in the past, to robots that currently are close to, and even in touch with humans. Indeed, both cognitive and physical human–robot interactions are largely studied in Robotics. Moreover, large systems of autonomous but networked units, capable of acting in and on the environment, will soon be a reality. Robots will be many, autonomous, possibly fast, and very heterogeneous. Hence, another fundamental aspect that must be faced is the robot–robot interaction. The goal is to understand how large numbers of robots, differing in their bodies, sensing, and intelligence, may be made to coexist, communicate, collaborate or compete fairly toward achieving their individual goals, i.e., to build a society of robots.

In this talk, we will discuss the main challenges in multi-robot collaboration and coordination showing examples of possible approaches in different applications areas and with both mobile robots and manipulators.

Lucia Pallottino ist derzeit außerordentliche Professorin am Centro di Ricerca "E. Piaggio" und im Department of Information Engineering an der Universität Pisa. Sie erhielt den "Laurea"-Abschluss in Mathematik im Jahr 1998) und bekam ihren Doktortitel in Robotics and Industrial Automation im Jahr 2002. Sie war Gastwissenschaftlerin am M.I.T. (2000-2001) im Laboratory for Information and Decision Systems (LIDS). 2004 war sie an der UCLA als Gastforscherin in der Abteilung für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik (MAE) tätig.

Sie ist (oder war)

  • Stellvertretende Direktorin des Centro di Ricerca "E. Piaggio" (seit Jan. 2017);
  • verantwortlich für das CrossLab in Advanced Manufacturing (2018-2020);
  • Mitbegründerin von Proxima robotics srl und X-Star Motion srl;
  • Vorsitzende der IEEE Robotics & Automation Society Italian Chapter (I-RAS) (Jan. 2015- Dez. 2018);
  • Senior Editor der IEEE Robotics and Automation Letters (seit 2020), Associate Editor der IEEE Transactions on Control of Network Systems (seit 2021) und der IEEE Transactions on Automation Science and Engineering (seit 2021), Associate Editor der IEEE Robotics and Automation Letters (2017-2020) und der IEEE Transaction on Robotics (2014-2017).
  • Principal Investigator des europäischen Projekts DeCAIR Erasmus+.
  • Wissenschaftliche Mitarbeiterin im europäischen Projekt DARKO.
  • Principal Investigator des europäischen Projekts ILIAD.
  • Wissenschaftliche Mitarbeiterin im europäischen Projekt WALK-MAN.

Toward a society of Robots

Since its birth 60 years ago, robotics has witnessed a large growth and profound change in scope: from segregated robots in the past, to robots that currently are close to, and even in touch with humans. Indeed, both cognitive and physical human–robot interactions are largely studied in Robotics. Moreover, large systems of autonomous but networked units, capable of acting in and on the environment, will soon be a reality. Robots will be many, autonomous, possibly fast, and very heterogeneous. Hence, another fundamental aspect that must be faced is the robot–robot interaction. The goal is to understand how large numbers of robots, differing in their bodies, sensing, and intelligence, may be made to coexist, communicate, collaborate or compete fairly toward achieving their individual goals, i.e., to build a society of robots.

In this talk, we will discuss the main challenges in multi-robot collaboration and coordination showing examples of possible approaches in different applications areas and with both mobile robots and manipulators.

Hightech-Summit Session 1: Next Generation Robots

Session-Chair

„Next Generation Robotics” wird von Prof. Cristina Piazza, Assistenzprofessorin am Lehrstuhl für Anwendungen in der Medizin (TU München), als Session Chair moderiert.


Technologien haben das Potenzial, Menschen zu unterstützen und unsere Lebensqualität zu verbessern. Es ist jedoch unerlässlich, Technologien so zu gestalten, dass der Nutzen für die Vielen und nicht für die Wenigen im Vordergrund steht. Fragen der sozialen Gerechtigkeit und Gleichberechtigung müssen in den Mittelpunkt der Technologieentwicklung rücken, insbesondere in Bereichen wie KI und Robotik. Dazu müssen wir die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen den Sozialwissenschaften und der KI-Forschung fördern und soziale, ethische und politische Fragestellungen bereits bei der Technologieentwicklung integrieren.

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Session 2: Networking Intelligence

In Zukunft werden Roboter in intelligente und selbst lernende Systeme eingebunden sein – in der Industrie, in der Medizintechnik und Pharmaforschung.

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Session 3: Industrial Perception and Autonomy

Ohne Umfelderkennung kann die Robotik Potenziale nicht ausschöpfen. Bildverarbeitung ist grundlegend für technologischen Autonomisierungsprozess.

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Session 4: Learning, Understanding and Interaction

Mensch-Maschine-Kommunikation: Vom autonomen Fahren bis zur sozialen Interaktion

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