Zeitung Heute : Neugierige Maschinen

Oliver Brock entwickelt Roboter, die sich ihre Umgebung selbstständig erschließen. Damit können sie vielfältig eingesetzt werden

Roland Knauer
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Teamwork. Oliver Brock und sein Roboter „Uman“. Foto: Humboldt-Stiftung

Mit Oliver Brock hat die Technische Universität Berlin (TUB) gleich in mehrfacher Hinsicht „einen guten Fang“ gemacht: Der in Berlin aufgewachsene Informatiker kommt nach 16 Jahren an verschiedenen Universitäten in den USA als einer der Wegbereiter für Robotik in seine Heimatstadt zurück. Und er bringt mit einer Alexander-von-Humboldt-Professur den am höchsten dotierten deutschen Forschungspreis mit: Verteilt auf fünf Jahre reichen die fünf Millionen Euro Preisgeld für die hervorragende Betreuung vor allem eines „Mitarbeiters“, ohne den der 39-jährige Wissenschaftler kaum aus Massachusetts an die TUB zurückgekommen wäre. Dort tritt Brock die Nachfolge des Informatikprofessors Günter Hommel an, der ihn 1993 bei seiner Diplomarbeit betreut hatte.

„Uman“ heißt dieser Mitarbeiter. Das ist die Abkürzung für „University of Massachusetts Mobile Manipulator“ – Uman steht nicht auf zwei Beinen, sondern auf vier Rädern. Mit Robotern, die an den Fließbändern der Automobilhersteller Schrauben eindrehen oder andere stupide Tätigkeiten verrichten, lässt sich Uman aber keinesfalls vergleichen. Dort sind Roboter auf eine bestimmte Tätigkeit programmiert, die sie sofort abbrechen, wenn etwas Unvorhergesehenes geschieht. Das könnte beispielsweise ein Arbeiter sein, der unverhofft am Fließband auftaucht und damit den Mitarbeiter aus Metall verwirrt. Deshalb können Industrieroboter heute kaum im Alltag eingesetzt werden.

Während Roboter am Fließband an Ort und Stelle stehen, wäre für sie eine Arbeit auf einer Baustelle undenkbar. Denn dort müssen sich die Maschinen bewegen. Doch niemand kann die Routen vorab programmieren – weil sie sich ständig ändern: Da stellt der Baukran neues Baumaterial mitten in den eben noch freien Weg und durch den gerade ausgebrachten frischen Beton soll die Maschine natürlich auch nicht rollen.

Mit solchen Überraschungen kann nur ein System umgehen, das selbstständig Entscheidungen treffen kann. „Künstliche Intelligenz“ sagen Wissenschaftler dazu. Und genau an diesen „heiligen Gral“ der Roboterforschung wagt sich Oliver Brock mit seinem Uman. So ist er zum Vorreiter auf dem Gebiet der Robotik geworden. „Zunächst haben wir uns überlegt, wie ein Mensch seine Umwelt erforscht und dabei lernt, mit ihr umzugehen“, erklärt der Informatiker. Dabei ist offensichtlich Neugier die treibende Kraft.

Wenn Neugier beim Menschen eine Voraussetzung dafür ist, in seiner Umwelt zurechtzukommen, folgt der erste Schritt zu eigenständig handelnden Robotern wie von selbst: Uman bekommt eine Kamera und einen Greifarm und kann damit seine Umgebung erkunden. Ein Abstandsmesser hilft dabei, dass der auf einem vierrädrigen Untersatz montierte Roboter nicht aneckt – und schon kann die Erkundungstour beginnen.

Im einfachsten Fall lässt Uman seinen Greifarm so lange über eine Tischplatte gleiten, bis er auf einen Widerstand stößt. Bewegliche Gegenstände werden dann untersucht, da verhält sich Uman mit seiner eingebauten Neugier nicht viel anders als ein kleines Kind, das gerade seine Welt erkundet. Sensoren am Greifarm und die Kamera liefern jetzt laufend neue Erkenntnisse: „Wie ein Mensch mit einem neuen Korkenzieher umgeht, dessen Funktion er noch nicht kennt, so reagiert auch Uman auf einen unbekannten Gegenstand", erklärt Oliver Brock in seiner ruhigen Art. Genau wie ein Mensch vielleicht den Korkenzieher anhebt, betrachtet und vorsichtig seine Funktion testet, beschäftigt sich auch die Maschine mit dem unbekannten Gegenstand, den sie auf dem Tisch gefunden hat. Etwa eine Schere, einen Kugelschreiber oder einen Bleistiftspitzer.

Schon diese ersten Schritte, die Brock und seinen Kollegen auf dem langen Weg zur künstlichen Intelligenz gelangen, waren bahnbrechend. Spitzeninstitutionen der USA wie die Raumfahrtorganisation Nasa und die National Science Foundation gaben Brocks Labor einige Forschungsmillionen. Mit dem Entwickler von Flugrobotern Nick Roy an der US-Technologie-Schmiede MIT gab es genauso Kooperationen wie mit der Technischen Universität München.

Am Ende der Forschungen könnten Roboter stehen, die ähnlich wie in frühen Science Fiction-Filmen agieren: Sie bewegen sich selbstständig und nehmen den Menschen handwerkliche Tätigkeiten ab. Lernt der Roboter mit seiner Umwelt umzugehen, kann er mit seiner künstlichen Intelligenz etwa bei der Reparatur von Satelliten helfen, Energiesparlampen im Haushalt einschrauben oder einfache Pflegearbeiten übernehmen.

Neben der weiteren Entwicklung von Uman möchte Brock die fünf Millionen Euro Forschungsgeld seiner Humboldt-Professur auch dazu verwenden, die Grenzen seines Faches zu überwinden. So wendet er seine Programme für eine künstliche Intelligenz außer in der Robotik auch in der Molekularbiologie an. Die Biowissenschaftler, mit denen er an der Universität von Massachusetts in Amherst zusammenarbeitet, stehen nämlich vor einem Problem: Bei den Proteinen, die sie untersuchen, können sie relativ leicht die Reihenfolge der einzelnen molekularen Bausteine herausfinden; über die räumliche Anordnung erfahren sie aber nur wenig. Die Bausteine sind nämlich nicht starr miteinander verbunden, sondern können sich gegen einander bewegen. Und da solche Proteine oft aus vielen Hundert Molekülen bestehen, ermöglichen diese Bewegungen zig verschiedene Formen. Für Biologen ist es aber sehr schwer, vorherzusagen, welche Gestalt ein Protein annehmen kann.

An dieser Stelle kommt die Informatik ins Spiel. Wie ein Protein soll sich auch ein Roboter drehen und beugen können – aber ohne dabei sich oder benachbarte Gegenstände zu beschädigen. Für das Planen solcher Bewegungen haben Brock und sein Team Programmiermethoden entwickelt, die „Bahnplanung“ genannt werden. Genau diese wollen sie auf die Bewegungen der kleinen Gelenke zwischen den Proteinbausteinen anwenden.

Wer die Form und Bewegungen von Proteinen versteht, kann viel gezielter Arzneimittel entwickeln. Und der kann vielleicht auch deren möglichen Nebenwirkungen besser abschätzen. So könnte die künstliche Intelligenz in Zukunft vielleicht einen Teil der klinischen Versuche an Menschen ersetzen.

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