Autonome Systeme als Chance für die Zukunft begreifen

Michelle Hirsch von MathWorks über die Entwicklung und den Nutzen von Autonomen Systemen

Autonome Systeme werden in naher Zukunft beinahe jeden Lebensbereich unserer modernen Gesellschaft berühren. Sie werden die Produktion maßgeblich verändern, aber sie werden auch das Arbeitsleben und Geschäftsstrategien deutlich beeinflussen, denn mit zunehmender Fähigkeit der Maschinen, uns alltägliche Dinge abzunehmen, bleiben den Menschen mehr Kapazitäten für kreative Arbeit. Was Autonome Systeme von bereits bestehenden automatisierten Systemen unterscheidet, welche Voraussetzungen für ihre Entwicklung erfüllt werden müssen und welches Potential sie mit sich bringen, ist ein Schwerpunktthema auf der diesjährigen MATLAB EXPO am 27. Juni in München. So erläutert Michelle Hirsch, Head of MATLAB Product Management bei MathWorks, diese Fragestellungen in ihrer Keynote „How to build an Autonomous Anything“.

Autonome Systeme in der Gesellschaft

„Der Begriff «Autonome Systeme» wird oft mit selbstfahrenden Autos, intelligenten Robotern oder automatisch navigierenden Drohnen in Verbindung gebracht“, meint Michelle Hirsch. „Doch Autonome Systeme haben auf ein viel breiteres Spektrum unseres täglichen Lebens Einfluss – etwa in Form einer Erntemaschine, die 300 Tonnen Getreide pro Stunde erntet und gleichzeitig in einen nebenherfahrenden Container ablädt. Dank Autonomer Systeme kann eine Gaspumpstation mit Predictive-Maintenance-System Schwachstellten erkennen und melden, bevor es zum Schaden kommt. Es kann aber auch ein automatisches Insulin-Infusionssystem sein, das es Diabetes-Patienten erleichtert, ihren Blutzuckerwert zu kontrollieren.“ Für die Entwicklung hin zu autonomer Technologie in nahezu jedem Bereich unseres Lebens sieht Hirsch drei treibende Kräfte: „Die Verfügbarkeit ständig steigender Rechenleistung und von Sensor-Technologie für die Datenerfassung und -Verarbeitung, Fortschritte in der Algorithmen-Entwicklung für die Analyse von Big Data sowie die Flexibilität, sowohl Cloud-Systeme als auch Embedded-Geräte für den Einsatz autonomer Technologie zu nutzen.

Der feine Unterschied zwischen Automation und Autonomer Technologie

Autonome Systeme eröffnen aufgrund ihrer Funktionalität und Anpassungsfähigkeit die Möglichkeit für vielfältige Einsatzmöglichkeiten in der Industrie, in der Forschung und im alltäglichen Leben. Der Einsatz autonomer Technologien in bestehenden Produkten oder Dienstleistungen erhöht den Wettbewerbsvorteil des Herstellers, beispielsweise durch steigende Effizienz, höhere Flexibilität sowie Zeit- und Kosten-Einsparungen. Doch was genau sind Autonome Systeme und wie unterscheiden sie sich von herkömmlichen Maschinen?

Autonome Systeme besitzen die Fähigkeit, selbstständiges Handeln erlernen zu können. Darin ähneln sie stark automatischen Systemen, die in der industriellen Produktion bereits weit verbreitet sind. Der Unterschied liegt in der Fähigkeit, dieses selbstständige Handeln auch unter unbekannten Bedingungen ausführen zu können. Ein automatisierter Roboter ist in der Lage, in einer kontrollierten Umgebung bestimmte Handlungen selbstständig auszuführen. Ein autonomer Roboter kann sich darüber hinaus in unbekannten Umgebungen ohne menschliche Steuerung zurechtfinden und diese erforschen.

Wie ein autonomes System entsteht

Diese Fähigkeit, auf Neues zu reagieren und selbstständig zu handeln, bedarf hoher technischer Leistungen. So erklärt Michelle Hirsch: „In meiner Keynote auf der MATLAB EXPO möchte ich Ingenieuren zeigen, wie sie Autonome Technologien in ihre Arbeit integrieren können. Um zum Beispiel ein selbstfahrendes Auto zu entwickeln, muss man es als erstes mit der Fähigkeit zur Sinneswahrnehmung ausstatten, zum Beispiel mit Kameras, GPS, Infrarot-Sensoren zur Erkennung von Distanzen und Bewegungen von Objekten und LIDAR, um ein 3D-Modell der Umgebung zu erstellen.
All diese einzelnen Daten müssen nun zu einem kohärenten Bild zusammengefügt und interpretiert werden. Genau bei diesem Punkt kommen Autonome Technologien ins Spiel. Da die Verkehrssituation auf den Straßen stets unterschiedlich ist, müssen Algorithmen entwickelt werden, die unbekannte Daten analysieren und verstehen können. Mithilfe von Deep-Learning- und Machine-Learning-Algorithmen können autonome Fahrzeuge die Situation auf der Straße einschätzen und sogar identifizieren, welche Fußgänger aufmerksam sind und welche nicht.
Anschließend folgt der Prozess der Entscheidung, etwa ob das Fahrzeug bremst oder die Spur wechselt. Auch hier kommen Algorithmen zum Einsatz. Mit jeder getroffenen Entscheidung wird der Erfahrungsschatz des Systems größer und der Entscheidungsprozess wird optimiert. Deshalb ist es wichtig, dass ein System viele Tausende von Testkilometer zurücklegt, um immer sicherer in seinen Entscheidungen zu werden.“

Für die Einführung von Autonomen Systemen vertritt Hirsch einen inkrementellen Ansatz: von deterministisch kontrollierten zu überwachten bis hin zu automatisiertem Betrieb und schließlich zu völlig autonomen adaptiven Systemen. Allein aus praktischen und sicherheitsrelevanten Überlegungen ergibt sich diese schrittweise Vorgehensweise, im Zuge derer Entwickler und Anwender lernen, mit den neuen Technologien umzugehen und diese gewinnbringend einzusetzen.

Autonome Systeme als Entlastung für Menschen

Noch befinden sich die ersten autonom fahrenden Autos in der Testphase, doch andere Autonome oder Teil-Autonome Systeme sind bereits erfolgreich im Einsatz. „Autonome Technologie ermöglicht es uns, Verantwortung für eine Vielzahl von Entscheidungen auf Computer zu übertragen“, so Michelle Hirsch. „Das gibt Menschen die Möglichkeit, ihre Zeit für die Dinge zu nutzen, die ihnen wichtig sind. Gut trainierte Computer können konstantere Leistung erbringen als Menschen und so zum Beispiel im Straßenverkehr für mehr Sicherheit sorgen. In anderen Bereichen ist es nicht das Ziel, die Verantwortung komplett an Maschinen zu übertragen. Dennoch können Autonome Systeme auch in diesen Bereichen die Menschen teilweise entlasten. Diese Zeit können wir nicht nur als Freizeit nutzen, sondern auch, um an neuen Entwicklungen zu forschen oder neue Business-Strategien zu entwickeln. Auch können Autonome Systeme Aufgaben übernehmen, die für Menschen zu gefährlich sind und so für mehr Sicherheit für Hersteller sorgen.“

 

Mehr Informationen zur Entwicklung Autonomer Systeme und konkrete Anwendungsbeispiele gibt Michelle Hirsch in ihrer Keynote “How to build an Autonomous Anything“ auf der MATLAB EXPO am 27. Juni 2017 in München.

Unter www.matlabexpo.de können Sie sich kostenfrei für die MATLAB EXPO registrieren.

Humanoider Roboter und 3D-Drucker am Stand der TH Wildau beim 5. Potsdamer Tag der Wissenschaften am 13. Mai 2017

(lifePR) (Wildau, ) Die Technische Hochschule Wildau ist auch bei der fünften Auflage des Potsdamer Tages der Wissenschaften am Sonnabend, dem 13. Mai 2017, im Wissenschaftspark Potsdam-Golm dabei. In der Zeit von 13 bis 20 Uhr bietet sie im Pavillon 34 des Forschercamps an der Straße „Am Mühlenberg“ direkt vor dem Gebäude des Landeshauptarchivs wieder „Wissenschaft zum Anfassen“. Mitmach-Experimente und Präsentationen stellen die Fachgebiete Robotik und Rapid Prototyping vor.

Wie humanoide Roboter das Leben erleichtern können: An der TH Wildau wird daran geforscht, solche menschenähnlichen Maschinen unter anderem als Assistenten in der Kranken- und Altenpflege, beim Lernen von Grundbegriffen der Gebärdensprache oder bei der Erledigung alltäglicher Hausarbeiten einzusetzen. Im Forschercamp kann man den Roboter NAO aus dem Fachgebiet Telematik „anfassen“ und mit ihm „Stein – Schere – Papier“ spielen.


Die TH Wildau betreibt seit einigen Jahren ein Kreativlabor. Dort können Hochschulangehörige, aber auch Interessierte aus dem Brandenburger und Berliner Umland, innovative Ideen in erste anfassbare Produkte umsetzen. Das Spektrum reicht vom Schmuckdesign über Industrie-Bauteile bis zum Möbelstück. Wie Prototypen mittels modernster Technik entstehen, wird den Besucherinnen und Besuchern am 3D-Drucker „bei der Arbeit“ gezeigt. Am Stand können sich Besucherinnen und Besucher zudem an eigene Kreationen versuchen. Die Hochtechnologie wird auch an der Schnittstelle zwischen Wissenschaft und Kunst eingesetzt: 2016 entstanden das Skelett eines Masthuhns im Maßstab 20:1 für die Berlinischen Galerie und Kopien hochkarätiger Museumsobjekte für das Reformationsjubiläum.

Darüber haben Studieninteressierte am TH-Stand die Möglichkeit, sich umfassend über die Vollzeit- und dualen Studiengänge in ingenieur- und naturwissenschaftlichen, Management- und Verwaltungs- sowie juristischen Disziplinen an der größten (Fach)Hochschule des Landes Brandenburg zu informieren.

Der Eintritt zum 5. Potsdamer Tag der Wissenschaften ist frei.

Vom Roboter Gefühle lernen

Forscher der Universität Passau entwickeln gemeinsam mit Wissenschaftlern aus mehreren europäischen Ländern eine Technologie, die autistischen Kindern Emotionen erschließen soll.

Passau (obx) – Was kennzeichnet menschliche Emotionen? Wie lassen sie sich mit Hilfe von Computern erkennen – und wie können Computer ihrerseits Emotionen erlernbar machen? Antworten auf diese Fragen erhoffen sich Forscher vom Lehrstuhl für Komplexe und Intelligente Systeme (Complex and Intelligent Systems) der Universität Passau im Rahmen des europäischen Forschungsverbunds „DE-ENIGMA“. Im Zentrum des auf dreieinhalb Jahre angelegten Vorhabens stehen Interaktionen zwischen Mensch und Roboter mit dem Ziel, die soziale Vorstellungskraft autistischer Kinder zu verbessern.

Autismus ist durch unterschiedliche Besonderheiten im Sozialverhalten sowie durch sich wiederholende Verhaltensmuster gekennzeichnet. Schätzungen gehen davon aus, dass mehr als fünf Millionen Menschen in Europa betroffen sind. Bekannt ist, dass regelbasierte, vorhersagbare Systeme Autisten den Umgang mit ihrer Umwelt erleichtern. Hier kommen die Roboter ins Spiel. „Die Kommunikation auch mit humanoiden, also menschenähnlichen, Robotern wird von ihnen als weniger kompliziert und bedrohlich empfunden als die Kommunikation mit Menschen“, sagt Professor Dr. Björn Schuller, der das Passauer Team leitet. „Im Projekt sollen daher Ansätze aus den letzten Jahren, Autisten mit Hilfe von Robotern Emotionserkennung und -erzeugung beizubringen, weiter verfolgt werden.“

Die Technologie der Forscher soll eine natürliche Mensch-Roboter-Interaktion bereitstellen, die per Spracheingabe, Mimik oder Gestik genutzt und kulturspezifisch an die Benutzer angepasst werden kann. Dies bietet nach Worten Professor Schullers zum einen den betroffenen Kindern unmittelbare Vorteile und hilft, neue Therapieansätze zu erschließen: „Therapien können mit dieser Technologie personalisierter und effektiver werden, Therapeuten und Betreuer erhalten professionelle Informationen und Entwicklungsberichte“, sagt der Passauer Wissenschaftler. Die Technologie ist eingebettet in ein Kommunikationsforum für Eltern und Therapeuten.

Neben den ostbayerischen Wissenschaftlern sind die Universität Twente, das Imperial College London, das University College London, das Institut für Mathematik der Rumänischen Akademie in Bukarest, der serbische Verband zur Unterstützung von Menschen mit Autismus in Belgrad, Autism-Europe in Brüssel und das portugiesische Unternehmen IDMIND in Lissabon Partner des europäischen Projekts, das die EU für dreieinhalb Jahre aus dem Programm „Horizon 2020“ fördert.

Das Teilprojekt der Universität Passau konzentriert sich auf die Echtzeitanalyse von Spracheingabe, Mimik oder Gestik. Besonders auf akustische Signale sowie die Erkennung und Modellierung emotionaler Zustände wie Fröhlichkeit, Ärger, Überraschung, und Trauer wollen sich die ostbayerischen Wissenschaftler konzentrieren. Professor Schüler: „Wir führen die Analyse mit Hilfe von schrittweisem, halb- oder unüberwachtem Lernen durch, das heißt, das System soll auch selbst die Zustände, um die es geht, lernen, ohne dass ihm immer gesagt wird, worum es geht; darüber hinaus kann das System seine Analyse auch während der Interaktion mit neuen Daten verfeinern und sich damit an den Benutzer anpassen.“

RoboCup German Open 2017 @Home League Livestream

streaming by TechUnited Eindhoven

RoboCup German Open 2017, Day 3

Livestream: RoboCup German Open SPL – So, 7. Mai 2017 – live aus Magdeburg

RoboCup German Open, Standard Platform League
Sonntag, 7. Mai 2017 – LIVE aus Magdeburg

produziert vom StreamTeam der HTWK Leipzig
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RoboCup German Open 2017, Day 2

Livestream: RoboCup German Open SPL – Sa, 6. Mai 2017 – live aus Magdeburg

RoboCup German Open, Standard Platform League
am Samstag, 6. Mai 2017 – LIVE aus Magdeburg

produziert vom StreamTeam der HTWK Leipzig
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RoboCup German Open 2017, Day 1

Livestream: RoboCup German Open SPL – Fr, 5. Mai 2017 – live aus Magdeburg

produziert vom StreamTeam der HTWK Leipzig
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