2023 Autor: Bryan Walter | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-05-24 23:09
Die Defense Advanced Research Projects Agency des Pentagon veranstaltete die letzte Phase der DARPA Robotics Challenge, an der 25 Teams aus den USA, Südkorea, Japan, Deutschland, Italien und China teilnahmen. Bei dem Wettbewerb wetteiferten Roboter um die Fähigkeit, verschiedene Aufgaben präzise und schnell auszuführen: vom Autofahren bis hin zur Verwendung eines Bau-Elektrowerkzeugs. Der Gewinner des Wettbewerbs soll einen Auftrag zur Entwicklung und Produktion von Rettungsrobotern erhalten, die unter destruktiven Bedingungen für den Menschen operieren können. Zum Beispiel Beseitigung der Folgen eines Unfalls in einem Kernkraftwerk. Der Roboterwettbewerb wurde von Maschinen gewonnen, die von einem koreanischen und zwei amerikanischen Ingenieurteams zusammengebaut wurden. Sie erhielten einen Preispool von 3,5 Millionen US-Dollar.
Das Programm DARPA Robotics Challenge (DRC) wird seit Anfang 2013 im Rahmen des strategischen Plans des US-Verteidigungsministeriums durchgeführt, um Zivildienste bei der Beseitigung der Folgen von Naturkatastrophen und vom Menschen verursachten Katastrophen sowie bei der Evakuierung der Bevölkerung zu unterstützen. Zunächst ging es um Arbeiten unter besonderen Bedingungen, unter denen sich eine Person nur begrenzt oder gar nicht aufhalten kann (zum Beispiel bei Unfällen in Atom-, Öl- und Bergbauanlagen). Als Beispiele für mögliche Aufgaben für Roboter nennt die Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) des Pentagons den Unfall im japanischen Atomkraftwerk Fukushima-1, ein Ölleck bei der Bohrung Deepwater Horizon im Golf von Mexiko und den Einsturz von eine Mine in Chile. …
Gemäß den Anforderungen des Projekts muss ein vielversprechender Rettungsroboter nicht anthropomorph und autonom sein, sondern muss sich frei auf unebenen Oberflächen und Trümmern bewegen, normale und elektrische Werkzeuge verwenden, Fahrzeuge fahren und kleine Lasten bewegen. Ein ferngesteuerter Roboter muss bei Störungen und Kommunikationsunterbrechungen über eine gewisse Autonomie verfügen. Außerdem muss die Maschine so unabhängig sein, dass auch eine ungelernte Person damit umgehen kann.
Zunächst wurden die Teilnehmer in vier Gruppen eingeteilt, von denen drei vom Pentagon finanziert wurden. Der erste (Track A) sollte den Roboter und die dazugehörige Software entwickeln, der zweite (Track B) – nur die Software, der dritte (Track C) – nur die physische Hülle für den Roboter. Getrennt davon gab es Bewerber aus der Track-D-Gruppe, die sowohl den Roboter als auch die Software für ihr eigenes Geld entwickeln mussten. Der DRC-Wettbewerb wurde in drei bedingte Etappen unterteilt. Als Ergebnis der ersten – der Virtual Disaster Challenge, die im Juni 2013 stattfand – wurden Teams aus den Teilnehmern der Gruppen B und C gebildet. Sie mussten ihre Fähigkeiten kombinieren, um Roboter zu entwickeln, die mit den von den Bewerbern präsentierten Geräten konkurrieren konnten Gruppen A und D.
Foto: Demokratische Republik Kongo
Die zweite Runde des DRC-Wettbewerbs, auch bekannt als Roboterolympiade, fand im Dezember 2013 statt. In der ersten Testphase erhielten die Roboter acht Aufgaben; für das Abschließen jedes von ihnen wurde eine bestimmte Anzahl von Punkten vergeben. Das Maximum, das durch das Erledigen aller Aufgaben mit sehr guten Noten erreicht werden konnte, betrug 32 Punkte. Die Roboter mussten das Auto auf einer bestimmten Route führen, durch unwegsames Gelände und Steinhaufen gehen, eine Türöffnung von einer Blockade befreien, eine Metallleiter erklimmen, einen Feuerwehrschlauch abwickeln und anschließen, drei verschiedene Arten von Türen öffnen, ein Werkzeug verwenden eine Trockenbauwand zu durchtrennen und schließlich in einer bestimmten Reihenfolge die Ventile der Testleitung zu schließen.
An dem Wettbewerb nahmen 16 Mannschaften teil. Nach den Ergebnissen der ersten Etappe der "Roboter-Olympiade" wurden acht Finalisten ermittelt (2015 hatten sie einen Vorteil im Wettbewerb, während der Rest der DRC-Teilnehmer sowie neue Teams teilnahmeberechtigt waren im Finale des Wettbewerbs, jedoch ausschließlich auf eigene Kosten). Zu den acht Finalisten gehörten SCHAFT (japanisches Unternehmen Schaft Inc.), IHMC Robotics (Florida Institute for Human and Machine Perception), Tartan Rescue (Carnegie Mellon University and National Robotics Engineering Center), MIT (Massachusetts Institute of Technology), RoboSimian (Laboratory NASA Düsenantrieb), TRACLabs (amerikanische Firma TRACLabs Inc.), WRECS (British Polytechnic Institute of Worcester) und Trooper (Laboratory of Advanced Technologies der amerikanischen Firma Lockheed Martin).
Bis zur Endphase des DRC DARPA-Wettbewerbs haben sich die Anforderungen an die teilnehmenden Roboter geändert. Den Entwicklern war es also im Gegensatz zu den ersten beiden Stufen bereits verboten, den Roboter bei einem Sturz oder Hängenbleiben während der Tests physisch zu unterstützen – die Maschine hätte entweder selbstständig oder mit Hilfe eines anderen Roboters in die Arbeitsposition zurückkehren sollen. Darüber hinaus hatte jeder Roboter eine Stunde Zeit, um alle Aufgaben zu erledigen, anstatt wie in der zweiten Phase des DRC vier. Aber vor allem mussten Roboter - anders als in den vorherigen Stufen von DRC - vollständig drahtlos sein, da Kabel unter realen Bedingungen sowohl ihre Reichweite als auch ihre Wirksamkeit erheblich einschränken können. Die Maschinen mussten auch für lange – bis zu einer Minute – Kommunikationsunterbrechungen ausgelegt sein.
Foto: Demokratische Republik Kongo
In der Endphase des Wettbewerbs kontrollierten Roboter Autos, stiegen aus, öffneten Türen, drehten Ventile an Rohren, bohrten mit einem Bohrer an einer bestimmten Stelle Löcher in die Wand, überwanden Schutt und gingen Treppen hinauf. Außerdem gab es eine Überraschungsaufgabe, deren Details die teilnehmenden Teams erst einen Tag vor dem Betreten der Teststrecke erfuhren. Es bestand darin, dass der Roboter zu einer geschlossenen Metallbox an der Wand ging, in der sich ein roter Knopf befand. Der Rettungsroboter muss diese Box öffnen und einen Knopf drücken, woraufhin ihm ein Punkt zuerkannt wird. Die maximale Punktzahl, die während des Wettbewerbs gesammelt werden kann, beträgt acht. Die Roboter könnten alle Aufgaben in beliebiger Reihenfolge ausführen.
Sieger des Wettbewerbs wurde das Team KAIST aus Südkorea. Die Koreaner präsentierten den DRC-Hubo-Roboter, der alle Aufgaben erfolgreich meistern konnte, die Teststrecke in etwas mehr als 44 Minuten bewältigt und die maximal acht Punkte einheimsen konnte. DARPA überreichte dem Team dieser Ingenieure ein Preisgeld von zwei Millionen Dollar. Die Entwicklung des Roboters DRC-Hubo läuft seit 2002. An dem Projekt beteiligte sich auch die Drexel University of Florida, die diesen Roboter erstmals bei einem Roboterwettbewerb vorstellte. Die Sensoren und Software von Android ermöglichen es, eine dreidimensionale Karte der Umgebung zu erstellen, Objekte zu erkennen und mit ihnen zu interagieren. Für die neueste Version von DRC-Hubo haben die Ingenieure den Laufalgorithmus komplett neu geschrieben, um den Roboter stabiler zu machen.
Der DRC-Hubo verfügt über spezielle Räder an den „Knie“seiner „Beine“, die jeweils mit einem Elektromotor verbunden sind. Im Bereich der Knöchel ist der Roboter mit gewöhnlichen Rädern ausgestattet, die sich um eine vertikale Achse drehen. Dieser Roboter kann knien und mit den Rädern in die gewünschte Richtung fahren. Dadurch wird die Fahrgeschwindigkeit des DRC-Hubo auf unkompliziertem Gelände deutlich erhöht. Der von den Koreanern entwickelte Roboter ist 180 Zentimeter groß und wiegt 80 Kilogramm. Jeder „Arm“des Roboters ist mit sieben Elektromotoren ausgestattet und kann die Bewegungen einer menschlichen Hand nachahmen. Der Roboter kann verschiedene Lasten mit einem Gewicht von bis zu 20 Kilogramm heben.
Foto: Demokratische Republik Kongo
Den zweiten Platz im Wettbewerb belegte das amerikanische Team IHMC Robotics, das den Running Man-Roboter für den Wettbewerb einsendete. Diese Ingenieure erhielten ein Preisgeld von einer Million Dollar. Das Team entwickelte einen Roboter auf Basis von Atlas, einer Maschine der amerikanischen Firma Boston Dynamics. Anzumerken ist, dass Atlas auch von einigen anderen Teams genutzt wurde, die nicht die Möglichkeit hatten, einen eigenen Roboter zu bauen, aber Software dafür schreiben konnten. Running Man überwand alle Hindernisse auf dem Teststreifen in etwas mehr als 50 Minuten und erzielte zudem maximal acht Punkte. Boston Dynamics hat die Entwicklung einer aktualisierten, vollständig drahtlosen Version des Atlas-Roboters – Atlas Unplugged – im Januar dieses Jahres abgeschlossen.
Atlas Unplugged behielt nur 25 Prozent der Komponenten aus der alten Version mit der Version, die an der zweiten Runde des DRC-Wettbewerbs teilnahm. Nur die "Beine" blieben beim Androiden unverändert - und diese nur unterhalb der Knie. Der aktualisierte Roboter besteht aus leichteren Materialien, wodurch er mit einer leistungsstärkeren Hydraulikpumpe mit variabler Verdrängung und vor allem einem Lithium-Ionen-Akku mit einer Kapazität von 3,7 Kilowattstunden ausgestattet ist. Diese Kapazität reicht im Durchschnitt für eine Betriebsstunde, und die aktualisierte Pumpe ermöglicht es dem Roboter, sowohl im Batteriesparmodus als auch umgekehrt zu arbeiten - im maximalen Leistungsmodus, der beispielsweise zum Entfernen von Schmutz benötigt wird. Zudem ist die neue Pumpe deutlich leiser als die bisherige.
Die Abmessungen des neuen Atlas bleiben unverändert. Der Roboter ist 188 Zentimeter groß und wiegt 156,5 Kilogramm. Die Maschine ist mit drei Computern ausgestattet, die für die Wahrnehmung der Umgebung zuständig sind, sowie leistungsstarken Manipulatoren mit einem hohen Freiheitsgrad. Zum Beispiel kann ein Roboter einen Türknauf drehen, indem er nur seine "Hand" und nicht den ganzen "Arm" bewegt, wie bei anderen Androiden. Die Firmware des Atlas-Roboters des IHMC-Robotics-Teams wurde speziell "geschärft", um die Aufgaben der Endphase des DRC-Wettbewerbs zu erfüllen. Weitere Details zur Running Man-Software wurden nicht angegeben.
Schließlich wurde die amerikanische Firma Tartan Rescue Bronzemedaillengewinner des Wettbewerbs, der den CHIMP-Roboter zum Testen anbot. Diese Ingenieure erhielten ein Preisgeld von 500.000 US-Dollar. Der CHIMP-Roboter erzielte wie die ersten beiden Sieger die maximalen acht Punkte, schaffte es aber in 55 Minuten und 15 Sekunden die Teststrecke zu passieren. Das Fahrzeug des Tartan Rescue Teams ist 1,6 Meter hoch und wiegt 181 Kilogramm. Das Gerät ist mit vier ungewöhnlichen Gliedmaßen ausgestattet: An den „Füßen“und „Ellbogen“des Roboters sind gummierte Raupen angebracht, die es ihm ermöglichen, sich souverän über unwegsames Gelände zu bewegen. Die Gliedmaßen des Roboters sind auch mit speziellen Haken zum "Ergreifen" der Sprossen der Treppe ausgestattet, und an den Händen sind drei Finger angebracht, mit denen er das Lenkrad des Autos drehen kann.
Foto: Demokratische Republik Kongo
Wann genau die neuen Rettungsroboter erscheinen werden, ist noch unbekannt. Aber schon jetzt ist klar, dass sich Produktionsmuster deutlich vom Gewinner des DRC-Wettbewerbs unterscheiden müssen. Vielversprechende Rettungsroboter benötigen beispielsweise mehr als eine Stunde Akkulaufzeit. Nun muss das Militär klarere Anforderungen an neue Maschinen entwickeln, Szenarien für ihren Einsatz aufstellen und alle notwendigen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten finanzieren. Und doch, wie ihr Anführer Gill Pratt zum Abschluss des DRC-Wettbewerbs sagte: "Wir stehen noch am Anfang des Weges, aber die Zukunft sieht schon rosig aus."
