Roboterrevolution in der Lebensmittelzubereitung?
Aber zuerst die Pizza: Team entwickelt Hilfsroboter, die Ihnen eine Mahlzeit zubereiten können
Für die Millionen von Amerikanern, die mit einem Mobilitätsproblem leben, kann die Zubereitung einer Pizza eine viel größere Herausforderung darstellen als nur die Wahl zwischen Peperoni und Würstchen. Forscher der Virginia Tech haben nun einen Roboterarm mit neuartigen Hilfsgreifern entwickelt, der Menschen mit Behinderungen bei der Bewältigung komplexer alltäglicher Aufgaben helfen kann, darunter auch beim Pizzabacken. Die Forschungsergebnisse, die die Unabhängigkeit von Menschen mit eingeschränkter Mobilität erhöhen können, wurden in Soft Robotics veröffentlicht .
Maya Keely arbeitet mit einem Roboter, der so programmiert ist, dass er auf Eingaben reagiert, um eine Pizza zu backen.
Photo courtesy of Maya Keely
Dylan Losey und Michael Bartlett, beide außerordentliche Professoren für Maschinenbau, haben neue Werkzeuge entwickelt, die die Bewegungen von Menschen nachahmen können. "Unsere Philosophie ist, dass ein Roboter, der jemandem helfen soll, eine Verbindung zu der Art und Weise haben muss, wie ein Mensch die gleiche Aufgabe ausführt", so Losey. "Dadurch werden die Aktionen des Roboters zu einer Erweiterung der natürlichen Bewegungen des Menschen. Es reicht nicht aus, nur funktionale Robotersysteme zu bauen, die Systeme müssen auch benutzerfreundlich und intuitiv sein."
Mit einer Finanzierung von mehr als 600.000 Dollar durch die National Science Foundation und mit Hilfe von Doktoranden wie Maya Keely und Yeunhee Kim hat das Team einen Greifer entwickelt, der Objekte unterschiedlichster Größe aufnehmen und bewegen kann - von einem Sandkorn bis zu einem schweren Wasserkrug und allem, was dazwischen liegt - einschließlich der Zutaten für eine Pizza.
Das Dessert zuerst
Die Robotik kann die Unabhängigkeit von Menschen mit Behinderungen erhöhen, indem sie ihnen bei alltäglichen Aufgaben hilft, aber Roboter haben oft Schwierigkeiten, mit der Vielfalt der Aufgaben, die von ihnen verlangt werden, Schritt zu halten, insbesondere wenn es um die Zubereitung von Speisen geht. Lebensmittel haben unterschiedliche Größen, Formen und Beschaffenheiten, so dass derselbe Roboter, der z. B. ein Glas Soße öffnen kann, Schwierigkeiten hat, wenn er geriebenen Käse darüber streut. Wie kann man einem Roboter den Unterschied zwischen einer Banane und einer Flasche Ketchup beibringen?
In seiner jüngsten Arbeit programmierte das Team den Roboter so, dass er Befehle von einem Joystick empfängt, ähnlich denen, die beim Spielen eines Videospiels verwendet werden. Mithilfe künstlicher Intelligenz (KI) begann der Roboter, die Befehle zu interpretieren, um zu entschlüsseln, was der Mensch zu tun versuchte, und nutzte diese Daten dann, um den Rest der Aufgabe zu erledigen.
Das Team beschloss, mit etwas Lustigem zu beginnen: mit einer Roboterhand aus Loseys Labor einen Eisbecher zu bauen.
Der erste Versuch verlief nicht gut.
"Einer der Gründe, warum es schwierig war, ist, dass Roboter traditionell Dinge einklemmen", sagte Losey. "Das funktioniert gut, wenn man etwas wie eine Flasche Sirup hat, aber wenn man kleinere Dinge wie Streusel oder Marshmallows hat, ist es nicht so einfach, einfach alles zusammenzudrücken und auf das Beste zu hoffen."
Ein Teil des Problems war das Material des Robotergreifers. Wenn ein Greifer aus rein weichem Material besteht, kann er unregelmäßige oder schwere Gegenstände nicht richtig greifen. Wenn der Greifer aus steiferen Materialien besteht, kann er kleine Gegenstände oder Gruppen von Gegenständen oft nicht greifen.
Das Team von Losey und Bartlett beschloss, eine Kombination aus beidem zu bauen: eine starre Robotertechnik, die an ihrem Kontaktpunkt einen weichen Greifer verwendet. Das Team nutzte Bartletts Arbeit im Bereich weicher Materialien und Klebstoffe mit einzigartigen Eigenschaften und implementierte so genannte schaltbare Klebstoffe, die "stark und klebrig sein können, um Dinge zu greifen, aber auch leicht ausgeschaltet werden können, um das Objekt loszulassen", so Bartlett.
Das Team entwickelte eine weiche, blasenartige Fingerspitze für die Roboterhand, die bei Kontakt mit einem Objekt etwas Luft ablässt und so eine Klebeverbindung herstellt. Durch Hinzufügen von etwas mehr Luft wird die Verbindung wieder gelöst. Mit den schaltbaren Klebstoffen hat der Roboter erfolgreich einen Eisbecher mit Streuseln und allem Drum und Dran zubereitet.
Pizza ist immer die beste Lösung
Als nächstes steht Pizza auf dem Speiseplan.
"Dass der Roboterarm und der Greifer mit einem Menschen zusammenarbeiten, um eine Pizza zusammenzusetzen, hat wirklich jeden Aspekt unseres Systems herausgefordert", so Bartlett. "Pizzen haben eine Kruste und Käse, die unterschiedlich groß sind. Auch Soße und Belag haben unterschiedliche Texturen. Pizza ist auch deshalb eine gute Fallstudie, weil jeder seine eigene Pizza anders belegen möchte, was sie sehr persönlich macht. Das bedeutet, dass Mensch und Roboter sich abstimmen müssen, damit der Roboter die Pizza baut, die der Bediener wirklich haben möchte, und dabei das nutzt, was er über das Bewegen der verschiedenen Teile gelernt hat."
Nach den Eingaben des Menschen nahm die Roboterhand die Pizzapfanne, ein hartes Metall, auf. Dann verteilte sie den Teig der Pizzakruste, ein weiches Material. Dann kamen Sauce, Peperoni, Paprika, Oliven und Käse. Die klebenden Fingerspitzen taten ihre Arbeit, und der Roboter bereitete erfolgreich eine Pizza zu.
Diese kulinarische Leistung unterstreicht den Kern des Stipendiums der National Science Foundation: die grundlegende Weiterentwicklung der Robotertechnologie, damit Menschen mit Behinderungen ein breiteres Spektrum an Aufgaben ausführen können.
"Langfristig würden wir gerne Roboter entwickeln, die jede Art von Objekt aufheben können", sagte Losey. "Sie könnten weich oder starr, groß oder klein sein oder aus verschiedenen Texturen bestehen. Wenn Sie jemand sind, der einen Roboter braucht, um Ihnen bei Ihren täglichen Aufgaben zu helfen, wäre es toll, wenn dieser Roboter Ihnen helfen könnte, Ihr Mittagessen zuzubereiten oder den Eisbecher zusammenzustellen, den Sie sich gewünscht haben."
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