SIEMENS

Die Senioren im Stuttgarter Altenpflegeheim „Parkheim Berg“ staunten nicht schlecht, als ein Roboter auf sie zugerollt kam und ihnen einen Becher mit Wasser anbot. „Care-O-bot 3 hatte die Aufgabe, ältere Menschen, die vergessen, genügend zu trinken, mit Wasser zu versorgen“, erklärt die Projektleiterin Dr. Birgit Graf vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart. „Die Akzeptanz bei den Heimbewohnern war erfreulich groß“, sagt sie, „allerdings sahen die Menschen den Roboter eher als neue Form der Unterhaltung und das Trinken der angebotenen Getränke nicht unbedingt als Verpflichtung.“

Care-O-bot 3 wurde für „Hol-Bring-Dienste“ in häuslicher Umgebung entwickelt. Für den einwöchigen Praxistest im Altenheim war der Roboter so programmiert, dass er selbstständig einen Wasserspender ansteuert, den Knopf für die Wasserausgabe drückt, mit seinem Greifarm den Becher auf dem Tablett platziert und ihn den Senioren anbietet. Hinter dieser scheinbar einfachen Aufgabe steckt jahrelange Entwicklungsarbeit der Fraunhofer-Forscher. Der Roboter muss zum Beispiel mit Farbkameras im Kopf sowie Laserscannern in Bodennähe die Umgebung erkennen und Hindernissen ausweichen. Auch hinter jeder Bewegung des Greifarms stecken aufwändige Berechnungen. Roboter wie Care-O-bot 3 könnten künftig eine große Rolle spielen, weil es immer mehr Senioren geben wird und zugleich immer weniger Jüngere, die sich um die Alten kümmern können. In Deutschland wird sich laut Statistischem Bundesamt bis 2050 der Anteil der über 65-Jährigen um 36 Prozent, bei den über 80- Jährigen sogar um 136 Prozent erhöhen. Gleichzeitig sinkt die Zahl der Menschen im erwerbsfähigen Alter um etwa ein Viertel.

Wissenschaftler setzen deshalb darauf, dass sich die Senioren solange wie möglich in den eigenen vier Wänden selbst versorgen können. In zahlreichen Projekten wird weltweit untersucht, wie Wohnungen seniorengerecht umgebaut und mit Elektronik und Sensoren zur medizinischen Fernüberwachung ausgestattet werden können. Wer es sich leisten kann, wird sich künftig neben diesen AAL-Technologien (Ambient Assisted Living) vielleicht auch Haushaltsroboter zulegen. „Wir haben eine hohe Akzeptanz unter den Senioren im Altenpflegeheim erreicht, weil der Nutzen, den der Roboter ihnen bringt, klar ersichtlich war“, sagt Graf. Anfängliche Befürchtungen einiger Bewohner, wonach der Einsatz des Roboters den persönlichen Kontakt mit dem Pflegepersonal reduzieren könnte oder dass sie einer Maschine ausgeliefert seien, kehrten sich rasch ins Gegenteil um. Durch Roboter wie Care-O-bot kann das Pflegepersonal von zeitraubenden Routinetätigkeiten entlastet werden, sodass es insgesamt sogar mehr Zeit für die älteren Menschen hat.

Technikbegeisterte Japaner kennen gar keine Berührungsängste gegenüber Robotern. Hoch im Kurs stehen hier Humanoide, die wie Menschen über Kopf, Arme und Hände verfügen. „Die Japaner treiben die Forschung zurzeit massiv voran“, sagt Siemens-Manager Dr. Peter Mertens, der bis vor kurzem das Büro von Corporate Technology (CT) in Tokio geleitet hat und im ständigen Kontakt mit vielen japanischen Roboterforschern war. „Über 160 Teams arbeiten in Japan an Service-Robotern”, erklärt der Experte. So entwickeln an der Waseda Universität in Tokio Forscher den Roboter „Twendy-One“. Er verfügt bereits über die Fingerfertigkeit, um einen Toaster zu bedienen und kann auch einen Gehbehinderten dabei unterstützen, sich vom Bett hochzuziehen und in einen Rollstuhl zu setzen.

Bereits zu kaufen, wenn auch derzeit nur in Japan, gibt es den von Prof. Yoshiyuki Sankai von der Universität Tsukuba entwickelten Roboteranzug HAL (Hybrid Assistive Limb). HAL ist ein künstliches Exoskelett, das ältere Menschen mit wenig Kraft oder einer Gehbehinderung unterstützt. HAL wird wie eine Rüstung angelegt. Vor jeder Bewegung von Arm oder Bein schickt das Gehirn Nervensignale an die betroffene Muskelregion. Dabei werden an der Hautoberfläche schwache elektrische Signale von Elektroden erfasst und in Steuerbefehle für die künstlichen Glieder übersetzt. Sehr beliebt sind auch Therapieroboter wie „Paro“. Wird die künstliche Robbe von Senioren gekost, bedankt sie sich mit freundlichen Blicken und einem Schnurren. Paro ist auch lernfähig – er kann sich so verhalten, wie es der Mensch bevorzugt – etwa um gestreichelt zu werden.

Die kleine Robbe wird in Japan und Dänemark bei dementen Patienten zur Beruhigung und zum Stressabbau eingesetzt.

Haushalts- und Pflegeroboter zählen zu den Servicerobotern, ein Marktsegment, für das besonders starkes Wachstum vorausgesagt wird. „Wir erwarten, dass die Zahl der im Haushalt eingesetzten Service-Roboter bis 2012 auf 4,8 Millionen Stück ansteigen wird“, sagt Gudrun Litzenberger, Direktorin der statistischen Abteilung bei der Internationalen Robotervereinigung in Frankfurt am Main. „Dabei handelt es sich aber überwiegend um Roboter, die Rasen mähen, Staubsaugen oder den Swimmingpool reinigen“, ergänzt sie. „Der Markt für Pflegeroboter ist noch sehr klein, soll aber in den nächsten zehn Jahren stark wachsen.“

Parallelen zum Menschen. Auch Siemens hat schon etliche Robotertechnologien entwickelt, allerdings eher für den industriellen Einsatz, darunter Reinigungsroboter für Supermärkte, automatische Hafenkräne für Container oder Roboter für die Medizintechnik (Pictures of the Future, Schwerpunkte in Herbst 2001 und Herbst 2002). Ebenfalls von CT entwickelt und bereits bei mehreren Kunden im Einsatz ist ein Gabelstapler-Roboter, der sich autonom bewegt. „Das von uns entwickelte ,Gehirn’ des Gabelstaplers navigiert ähnlich, wie wir das auch machen“, erklärt Dr. Gisbert Lawitzky, bei CT verantwortlich für die Entwicklung von Robotertechnologien. „Der Gabelstapler verlässt sich auf sein Auge, sein Gehirn sowie eine Karte der Umgebung“, ergänzt er. Zur Positionsbestimmung erfasst ein auf dem Gefährt angebrachter Laserscanner die Umgebung und vergleicht die gewonnenen Informationen mit dem vorher gelernten Kartenmaterial.

Auf einem anderen Feld – der Erfassung von Alltagsszenen durch Roboter – lieferten die Siemens- Ingenieure wichtige Forschungsbeiträge für das Verbundprojekt DESIRE (Deutsche Service Robotik Initiative), das vom Stuttgarter IPA geleitet und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wurde. Ziel war es, eine alltagstaugliche Referenzplattform für Serviceroboter im Haushalt zu entwickeln. Lawitzkys Team befasste sich mit einer wesentlichen Voraussetzung für das Greifen von Gegenständen: dem Erkennen der verschiedenen Objekte im Aktionsradius des Roboters und der Bestimmung von deren genauen Position.

Mit Hilfe einer Stereokamera und intelligenten Algorithmen kann der DESIRE-Roboter auch mit komplexen Szenen zurechtkommen, etwa wenn dort Gegenstände teilweise verdeckt sind. Der Roboter bewegt sich in so einem Fall gezielt so, dass er die Szene nach und nach möglichst vollständig erfasst. Aus diesen Informationen generiert seine Software ein 3D-Modell der Umgebung, das dann von der Greifplanung genutzt wird. Am Ende des Projekts war der Roboter in der Lage, mit Hilfe der Siemens- Technologie einhundert Alltagsgegenstände zu erkennen und auszuwählen. Die Technik für den Greifvorgang entwickelte das Karlsruher Institut für Technologie (KIT), die Arme in Leichtbauweise waren das Ergebnis einer Zusammenarbeit des Roboterherstellers KUKA und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) unter Prof. Dr. Gerhard Hirzinger.

Alltagsaufgaben für Roboter. Während die japanischen Roboterbauer füh rend auf dem Gebiet der Humanoiden sind, etwa mit sprechenden und Trompete blasenden Exemplaren, geht es den deutschen Forschern vor allem darum, Roboter Alltagsaufgaben erledigen zu lassen. „CT ist dabei besonders an Anwendungen für die Siemens-Sektoren interessiert“, sagt Mertens. „Wir bauen zwar selbst keine Haushaltsoder Pflegeroboter, können aber Kooperationspartner mit Sensoren, intelligenter Software, Steuerungen und Komponenten aus anderen Service-Robotern sowie den Ergebnissen aus Projekten wie DESIRE unterstützen.“

Die anderen Partner haben parallel zum DESIRE-Projekt ihre Entwicklungen an Haushaltsrobotern vorangetrieben. Das Institut für Robotik und Mechatronik des DLR verfügt zum Beispiel über einen mobilen humanoiden Roboter namens „Justin“ (Bild unten), der unter anderem Tee zubereiten kann. Justin schraubt scheinbar mühelos eine Teedose auf, kippt sie zur Seite und tippt mit dem Finger dagegen, sodass Instant-Tee in eine Tasse rieselt. Anschließend übergießt er ihn mit Wasser. Für den Roboter ist das alles andere als trivial. Justin muss nicht nur die Objekte korrekt erkennen, sondern genau wissen, welche Kraft er anwenden darf. Andernfalls würde er mit seinen Fingern beispielsweise den Deckel der Teedose beim Aufdrehen zerquetschen.

Für solche Tätigkeiten werden filigrane Roboterhände benötigt, wie sie vom DLR mit dem Harbin Institute of Technology in China entwickelt wurden: Die neue 5-Finger-Hand der Forscher hat jeweils vier Gelenke und ist kaum größer als eine menschliche Hand, berichtet Institutsleiter Hirzinger. Seine neueste Innovation: Antriebe für die Finger nicht mehr in der Hand, sondern wie beim Menschen im Unterarm. Dort bewegen 54 kleine Motoren die Finger über Seilzüge. „In ein paar Monaten wird das künstliche Hand-Arm-System so flink, kräftig und nachgiebig sein, dass es dann der menschlichen Leistungsfähigkeit erstmals ganz nahe kommt“, sagt Hirzinger.

Zuschauen und nachmachen. Auch der am KIT entwi ckelte humanoide Roboter ARMAR kann sich nützlich machen und zum Beispiel den Geschirrspüler selbstständig öffnen und beladen. Am KIT haben sich 18 Lehrstühle zusammengeschlossen, um zu untersuchen, wie Roboter mit Menschen kooperieren können. Prof. Rüdiger Dillmann beispielsweise bringt ARMAR bei, durch Beobachten zu lernen. So schaut der Roboter etwa dem Benutzer zu, wie er mit einem Schwamm einen Tisch abwischt, und macht dann selbstständig die Wischbewegung nach. Roboter könnten so von Menschen sogar das Bügeln erlernen. Dillmanns Roboter sollen in Zukunft aber nicht nur auf Kommandos hören, sondern eines Tages proaktiv handeln. Dazu müssen sie sich in der ganzen Wohnung auskennen und wissen, wo sie sich aufhalten dürfen und wo nicht.

Wie sich intelligente Häuser und Roboter gegenseitig ergänzen können, untersucht das Team von Dr. Christof Schröter von der Universität Ilmenau im neuen AAL-Projekt der Europäischen Union „CompanionAble“ mit 17 weiteren Partnern. „Um Synergien zu erzeugen, stimmen die Hersteller von Smart Homes und die Roboterforscher ihre Entwicklungen aufeinander ab“, sagt Schröter. Wenn die geburtenstarken Jahrgänge ab 2020 in Rente gehen, werden sie von der Forschung um Smart Homes und den Haushaltsrobotern profitieren können. Doch bis dahin müssen Roboter und Menschen noch viel lernen.