AuRorA
Autonome Roboter für Assistenzfunktionen: Interaktive Grundfertigkeiten
Start: 09.2017
Ende: 08.2020
Im Projekt AuRorA entwickelte das FZI Forschungszentrum Informatik autonome Serviceroboter, die Menschen im Alltag proaktiv und intuitiv unterstützen – im Smart Home wie im Smart Hotel. Durch adaptive, lernende Wenn-Dann-Regeln und ein intelligentes Dialogsystem passt sich der Roboter kontinuierlich an das Verhalten und die Bedürfnisse des Nutzers an. Nonverbale Kommunikation, 3D-Umgebungserkennung und maschinelles Lernen machen aus dem Roboter einen echten, einfühlsamen Assistenten – ohne Vorkenntnisse bedienbar.
Das Projekt AuRorA (Autonome Roboter für Assistenzfunktionen: Interaktive Grundfertigkeiten) wurde vom FZI Forschungszentrum Informatik in Karlsruhe im Rahmen des BMBF-Förderprogramms „Wiederverwendbare, interaktive Verhalten für proaktive Roboter im Smart Home" durchgeführt. Ziel war die Entwicklung autonomer Serviceroboter, die Menschen – insbesondere Senioren und Personen mit leichten kognitiven Einschränkungen – im Alltag proaktiv und ohne umfangreiche Schulung unterstützen können.
Im Mittelpunkt der Entwicklung standen adaptive, lernende Wenn-Dann-Regeln, die auf sogenannten Behavior Trees basieren. Diese erlauben es dem Roboter, situationsabhängig auf Ereignisse zu reagieren und seine Entscheidungen durch maschinelles Lernen kontinuierlich zu verbessern. Ein neuronales Netzwerk wählt dabei aus mehreren möglichen Reaktionen die wahrscheinlichste aus – und passt sich durch Rückmeldung des Systemerfolgs immer weiter an das Verhalten des Nutzers an.
Ein weiterer Schwerpunkt lag auf der Erkennung nonverbaler Kommunikation: Das System analysiert Körperhaltung, Mimik, Gestik und Blickrichtung des Nutzers in Echtzeit. Ergänzend dazu erkennt eine 3D-Umgebungswahrnehmung Veränderungen im Raum – etwa verschobene Objekte oder neue Aktivitäten – und leitet daraus mögliche Assistenzbedarfe ab. Alle diese Informationen fließen in ein adaptives Dialogsystem ein, das den Roboter proaktiv reagieren lässt, ohne dabei aufdringlich oder repetitiv zu wirken.
Die entwickelten Technologien wurden in zwei praxisnahen Szenarien erprobt: einer intelligenten Küche, in der der Roboter beim Kochen assistiert (z. B. Objekte reichen, an Kochschritte erinnern, den Herd überwachen), sowie einem Smart Hotel, in dem der Roboter Hotelgäste begrüßt, führt, informiert und bei alltäglichen Anforderungen unterstützt. Die Personensicherheit wurde dabei durch GPU-basierte 3D-Sicherheitsfelder und dynamische Kollisionserkennung gewährleistet.
Das FZI Forschungszentrum Informatik war Konsortialführer und größter Forschungspartner im AuRorA-Verbund. In dieser Doppelrolle übernahm das FZI sowohl die wissenschaftlich-technische Entwicklung zentraler Systemkomponenten als auch die Koordination aller Projektpartner, einschließlich der Organisation regelmäßiger Treffen, Telefonkonferenzen und der Definition gemeinsamer Schnittstellen.
Inhaltlich lag der Schwerpunkt des FZI auf zwei Kernbereichen: Zum einen entwickelte es das adaptive, lernende Roboterverhalten auf Basis von Behavior Trees – inklusive des lernenden Fallback-Knotens, der mittels neuronaler Netze situationsabhängige Entscheidungen trifft und sich durch Interaktionserfahrung kontinuierlich verbessert. Zum anderen verantwortete das FZI die Erkennung nonverbaler Kommunikation, also die Echtzeit-Analyse von Körperhaltung, Mimik, Gestik und Blickrichtung des Nutzers.
Darüber hinaus war das FZI an der Systemspezifikation, der Ausarbeitung von ELSI-Kriterien (Ethik, Recht, Datenschutz), der Entwicklung robotischer Assistenzfunktionen sowie der abschließenden Evaluation beteiligt. Es erstellte unter anderem Datenflussdiagramme zur Risikoanalyse und lieferte die technische Grundlage für das Ethik- und Datenschutzkonzept des Projekts. Die Gesamtintegration aller Teilsysteme zu einem funktionierenden Verbundsystem lag ebenfalls in der Verantwortung des FZI.
Applied Artificial Intelligence
Das Hauptaugenmerk des FZI in diesem Forschungsschwerpunkt liegt auf der praxisnahen Erforschung der Schlüsseltechnologie Künstliche Intelligenz (KI). Innovative KI-Lösungen werden entwickelt und für unserer Partner und Kunden in Anwendungsbereiche wie Mobilität, Robotik, Gesundheitstechnik, Logistik, Produktion sowie Ver- und Entsorgung transferiert.