TUM-Forscher haben ein Modell entwickelt, mit dem Roboter Tee kleckerfrei servieren können – schneller und sicherer als Menschen. Die dafür verwendete Mathematik des Pendels ist mehr als dreihundert Jahre alt und könnte bald zum Beispiel in der Wartung zum Einsatz kommen.
Kann ein Roboter ein besserer Kellner sein als ein Mensch? Um diese Frage zu beantworten, hat Dr. Luis Figueredo, Chief Scientist im Team von Prof. Sami Haddadin, stellt einen Roboterarm der Münchener Robotik-Spezialistin Franka Emika auf einen Tisch und verbindet ihn mit einem Computer.
Die Hand des Roboters greift nach einem randvoll mit Wasser gefüllten Glas, hebt es hoch und schwenkt es hin und her, ohne Flüssigkeit zu verschütten. „Und sogar schneller und sicherer als ein Mensch“, sagt der Wissenschaftler vom Robotik-Institut Munich Institute for Robotics and Machine Intelligence (MIRMI) der TUM.
Das Team fütterte die Roboteralgebra mit Formeln, die mehrere hundert Jahre alt sind. Als Basis dient ein marokkanisches Teetablett, das nach dem Prinzip eines Kugelpendels gebaut ist. Zusammen mit dem Doktoranden Riddhiman Laha und dem Masterstudenten Rafael I. Cabral Muchacho bettet Figueredo die Dynamik eines Kugelpendels in das Steuerungsprogramm des Roboters ein, was auch bedeutet, dass die Bewegungen des Roboters durch die Grundregeln der Geometrie begrenzt sind.
Außerdem integrieren er und sein Team die richtigen Winkel, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen in das Modell. „Wenn man erst einmal versteht, wie sich ein Pendel bewegt, wie es funktioniert, wird es plötzlich ganz einfach“, sagt Figueredo.
Die Mathematik des Pendels: eine einfache Lösung für ein komplexes Problem
Die „Nicht-Wissenschaft“ ist ein komplexes Feld. „Die meisten bisherigen Ansätze konzentrierten sich hauptsächlich darauf, die Beschleunigung zu begrenzen, um das Verschütten zu kontrollieren. Oder sie betrachteten die Dynamik von Flüssigkeiten, um zu berechnen, wie sich diese Substanzen verhalten, und Flugbahnen vorherzusagen“, erklärt Figueredo: „Es dauert mindestens einige Minuten, wenn nicht Stunden, und mit Unsicherheiten.“
Vorsichtig verwenden und für den Transport gefährlicher Flüssigkeiten
In der Praxis sehen die Wissenschaftler zunächst den Einsatz der neuartigen Roboterunterstützung für ältere und pflegebedürftige Menschen vor. „Aber auch die Industrie, die mit dem Transport gefährlicher biologischer und chemischer Stoffe zu tun hat, sollte an einer solchen Lösung interessiert sein“, sagt Figueredo. Ein weiterer kritischer Punkt ist die Sicherheit: Idealerweise sollte ein Roboter Gefahrensituationen erkennen können. „Dafür brauchen wir eine bessere Wahrnehmung“, erklärt Wissenschaftler Figueredo.
Mithilfe von Sensoren ist die Maschine dann in der Lage, Personen nicht nur zu erkennen, sondern auch ihre Bewegungen vorherzusagen. Nur so kann eine Kollision mit dem Roboter ausgeschlossen werden. Bisher arbeitet der Roboter mit „Berührungssensoren“ als Sicherheitsmechanismus. Im aktuellen No-Spill-Modus bemerkt der Roboterarm die Kollision und zieht sich sofort zurück, achtet aber auch auf die Flüssigkeit.
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