Theoretische Neurowissenschaft: Das Leben berechenbar machen

Professor Wiktor Młynarski, ein theoretischer Neurowissenschaftler an der LMU München, versucht, biologische Prozesse, insbesondere die Funktionsweise des Gehirns, mithilfe mathematischer Modelle und Computersimulationen zu verstehen und zu berechnen. Sein Ziel ist es, die scheinbar chaotische Welt der Biologie mit der exakten Welt der Mathematik zu verbinden. Młynarski entwickelt dafür Modelle, die die Verarbeitung sensorischer Reize im Gehirn nachbilden. Seine Arbeit ist rein theoretisch und basiert auf mathematischen Berechnungen und Computersimulationen. d. h., er sieht sich als Biowissenschaftler, der Methoden der Mathematik und Computerwissenschaft nutzt. Ein Schwerpunkt seiner Forschung liegt darauf, zu verstehen, wie Sinnesreize im Gehirn verarbeitet werden und wie dies mit dem Bewegungsapparat zusammenhängt. Dabei hat sich gezeigt, dass die neuronale Aktivität nicht nur von visuellen Signalen, sondern auch vom Bewegungsapparat gesteuert wird, ein Phänomen, das sich von technischen Systemen unterscheidet und dessen Funktion noch nicht vollständig verstanden ist. Młynarski betont die Wichtigkeit, theoretische Modelle in der Realität zu verankern, indem man sie mit experimentellen Ergebnissen vergleicht und theoretische Grenzen auslotet. Er sieht Potenzial darin, dass die Robotik in Zukunft von diesen biologischen Erkenntnissen profitieren könnte, warnt aber davor, die Inspiration aus der Biologie mit einer direkten Übereinstimmung zu verwechseln. Künstliche Intelligenzsysteme, die von biologischen Systemen inspiriert sind, können trotzdem ganz anders funktionieren.

Literatur

https://www.lmu.de/de/newsroom/newsuebersicht/news/theoretische-neurowissenschaft-das-leben-berechenbar-machen.html

Das Projekts BeBeRobot

In Deutschland wird der Einsatz von Pflegerobotern evaluiert, um die Arbeit der Pflegekräfte zu erleichtern und den Fachkräftemangel zu lindern. Der Fachkräftemangel in der Pflege ist in Anbetracht der wachsenden Zahl pflegebedürftiger Menschen und des abnehmenden Personals von besonderer Tragweite. In einigen Pflegeheimen werden bereits Roboter erprobt, die sich jedoch noch in der Testphase befinden und derzeit keine pflegerischen Aufgaben wie Waschen oder Umlagern übernehmen können.

Im Rahmen des Projekts „BeBeRobot“ (2019–2022), gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung, wurden die Unterstützungsmöglichkeiten von Robotern in der Pflege untersucht. Das Projekt war interdisziplinär angelegt und umfasste verschiedene Forschungsteams sowie Pflegekräfte. Zu den entwickelten Robotern zählen der „HoLLiE“, der Patienten stützen und Rollstuhlfahrer schieben kann, ein Umlagerungsroboter sowie die Kommunikationspuppe „Ruby“, die Demenzkranke unterstützt.

Die Roboter sind dazu vorgesehen, die Pflegekräfte bei körperlich anspruchsvollen Aufgaben zu entlasten, wobei jedoch keine vollständige Substitution des Pflegepersonals beabsichtigt ist. Kritiker, wie der Deutsche Caritasverband, betonen, dass die Steigerung der Effizienz nicht das einzige Kriterium sein darf, sondern auch die Akzeptanz der Gepflegten und Pflegenden entscheidend ist. Der Deutsche Ethikrat erachtet den Einsatz von Pflegerobotern als ambivalent. Einerseits werden Chancen, andererseits aber auch Risiken gesehen.

Die Arbeitsbedingungen in der Pflegebranche sind derzeit als schlecht zu bezeichnen, was durch den zunehmenden Bedarf an Pflegepersonal weiter verschärft wird. Unklar ist, ob Pflegeroboter den Fachkräftemangel in der Pflege beheben können. Roboter werden bereits in verschiedenen Bereichen wie Haushalt, Landwirtschaft und Gastronomie eingesetzt.

Künstliche Haut für komplexe Roboterstrukturen

Wissenschaftler haben eine innovative Methode entwickelt, um künstlich gezüchtete Haut auf die komplexen Oberflächen humanoider Roboter aufzubringen. Diese Technologie verspricht, die Bewegungsfähigkeit, Selbstheilungskräfte, integrierten Sensorfunktionen und das realistische Erscheinungsbild von Robotern erheblich zu verbessern.

Um eine stabilere Verbindung zwischen Roboterteilen und künstlicher Haut zu schaffen, wurde eine neue Technik mit speziellen V-förmigen Perforationen in festen Materialien entwickelt. Diese Innovation könnte nicht nur in der Robotik, sondern auch in der Schönheitsindustrie und in der Ausbildung von Chirurgen für rekonstruktive Eingriffe Anwendung finden. Für die Befestigung der Haut verwendeten die Forscher ein spezielles Kollagengel, dessen natürliche Viskosität es erschwerte, es in die winzigen Perforationen einzubringen.

Mit Hilfe des speziellen Gels gelang es, die feine Struktur der Haut nachzubilden und diese eng mit der Oberfläche zu verbinden. Professor Takeuchi und sein Team verfolgen mit ihrer Forschung nicht nur wissenschaftliche Erkenntnisse, sondern auch praktische Anwendungen in der Medizin. Das Konzept eines „Face-on-a-Chip“ könnte sich beispielsweise für die Erforschung von Hautalterung, Kosmetika oder chirurgische Eingriffe als sehr nützlich erweisen. Darüber hinaus könnten integrierte Sensoren die Wahrnehmungs- und Interaktionsfähigkeiten von Robotern verbessern. Obwohl die Forschung noch am Anfang steht, haben die Entwickler bereits neue Herausforderungen identifiziert, wie die Notwendigkeit von Oberflächenfalten und einer dickeren Epidermis, um eine menschenähnlichere Optik zu erreichen.

Die Prägung des Alltagslebens in Japan durch Roboter

In Japan spielen Roboter eine bedeutende Rolle und werden nicht nur als technologische Innovation betrachtet, sondern haben auch eine starke soziale und emotionale Bedeutung gewonnen. Insbesondere in Bereichen wie der Gesellschaft für ältere Menschen und im Haushalt als Haustier-Ersatz sind Roboter weit verbreitet.

In Japan wird die Akzeptanz von Robotern als soziale Wesen und Lebensbegleiter besonders deutlich. Roboter dienen nicht nur als Spielkameraden, sondern werden auch als emotionale Partner betrachtet, die dazu beitragen, soziale und emotionale Bedürfnisse zu erfüllen. Beispielsweise werden Roboter als Haustier-Ersatz eingesetzt, um die Einsamkeit zu bekämpfen und älteren Menschen Gesellschaft zu leisten.

Die Verwendung von Robotern als Teil des Alltagslebens in Japan verdeutlicht den kulturellen und technologischen Wandel, der sich im Umgang mit Technologie und Robotern vollzieht. Sie werden nicht nur als Werkzeuge oder Maschinen betrachtet, sondern als integrale und akzeptierte Bestandteile des täglichen Lebens. Dies zeigt, wie Technologie, insbesondere Robotik, immer mehr in die soziale Interaktion, emotionale Unterstützung und Alltagsbewältigung integriert wird.

Mimik der Robotergesichter

Forscher der Universität Osaka in Japan haben jetzt den Grundstein dafür gelegt, dass Robotergesichtern eine Mimik zuteil werden kann, die von der des Menschen kaum noch zu unterscheiden ist. Das wäre vor allem für Service- und Pflegeroboter wichtig, bei denen es darauf ankommt, dass sie mit ihren Klienten ein Vertrauensverhältnis aufbauen können. Die Experten haben am Gesicht einer Person 125 Tracking-Marker platziert, um selbst die sparsamsten Bewegungen der Muskeln bei 44 verschiedenen Gesichtsausdrücken zu dokumentieren wie das Blinzeln oder das Anheben der Mundwinkel.

Einfache Bewegungen komplex

Jeder Gesichtsausdruck resultiert aus einer Vielzahl lokaler Verformungen, da die Muskeln die Haut dehnen oder straffen. Selbst die einfachsten Bewegungen können überraschend komplex sein. Dass menschliche Gesicht enthält eine Ansammlung verschiedener Gewebetypen unter der Haut, von Muskelfasern bis hin zu Fett, die alle zusammenarbeiten, um das aktuelle Befinden zu vermitteln. Dazu gehört alles von einem breiten Lächeln bis hin zu einem Anheben der Augenbrauen.

Diese Vielfalt macht die Mimik so subtil und nuanciert, was es wiederum schwierig gestaltet, sie künstlich zu reproduzieren, so die Forscher. Bisher beruhte dies auf viel einfacheren Messungen der gesamten Gesichtsform und der Bewegung ausgewählter Punkte auf der Haut vor und nach Bewegungen. „Unsere Gesichter sind uns so vertraut, dass wir die feinen Details nicht wahrnehmen. Aber aus technischer Sicht sind sie erstaunliche Informationsanzeigegeräte. Anhand der Gesichtsausdrücke von Menschen können wir erkennen, ob sich hinter einem Lächeln Traurigkeit verbirgt oder ob jemand müde oder nervös ist“, so Forscher Hisashi Ishihara.

Auch für medizinische Diagnostik

Die gesammelten Infos helfen den Forschern, künstliche Gesichter menschenähnlicher zu machen – ob es sich um Bildschirmdarstellungen handelt oder dreidimensionale Robotergesichter. „Unsere Deformationsanalyse erklärt, wie aus einfachen Gesichtsbewegungen anspruchsvolle Ausdrücke entstehen,“ so Mechanik-Professor Akihiro Nakatani. Sie könnte auch die Gesichtserkennung oder medizinische Diagnosen verbessern, indem Anomalien der Gesichtsbewegungen analysiert werden, die auf bestimmte Krankheiten hindeuten. Bisher ist dazu die Erfahrung eines Arztes nötig.

Quelle: www.pressetext.com
(pte002/10.11.2023/06:05)

Der Roboter mit dem Elefantenrüssel

Von Elefantenrüsseln inspiriert haben Schweizer Forscher der École Polytechnique Fédérale de Lausanne einen neuen Roboter entwickelt, der künftig im Gesundheitswesen zum Einsatz kommen soll. Ziel ist es, Roboter näher an die Menschen heranzuführen, da dieser weiche Roboterarm eine Zukunft verkörpert, in der Maschinen die Bedürfnisse der Menschen besser unterstützen, ergänzen und verstehen als je zuvor. Der Kern der Entwicklung liegt in der neuartigen Architektur des Roboterarms, und zwar hat man eine spiralartige Struktur, einen sogenannten Helikoiden, modifiziert, indem man Teile davon abgeschnitten hat, was es ermöglicht, genau zu steuern, wie flexibel oder steif die Spirale in verschiedenen Richtungen wird.

Quelle

https://www.blick.ch/wirtschaft/fuer-einsatz-im-gesundheitswesen-schweizer-forscher-entwickeln-elefantenruessel-roboter-id19080904.html (23-10-27)

Der sanfte Robotergreifer

Forscher des Japan Advanced Institute of Technology haben nach dem Vorbild der Blüte einer Rose einen Greifer für Roboter entwickelt, der so sanft zupackt, dass er nicht einmal ein rohes Ei zerdrückt. Der Robotergreifer „Rose“ besteht aus einer weichen und flexiblen, trichterförmigen Elastomerhülse, die auf einem starren kreisförmigen Sockel befestigt ist. Dieser Sockel ist mit einem elektrischen Aktuator verbunden, der ihn und damit auch die zweigeteilte Hülse gegeneinander verdrehen kann. Der rosenförmige Greifer faltet sich zusammen und legt sich sanft um das Objekt, das es zu bewegen gilt. Am Ziel angekommen wird der Sockel in die entgegengesetzte Richtung gedreht, sodass er sich entknittert und das Objekt freigibt. Die harten Komponenten von Rose kommen aus einem 3D-Drucker, der Trichter wird mit einer Form und flüssigem Silikonkautschuk hergestellt, wodurch das Design leicht skalierbar und für die Massenproduktion geeignet ist. Rose eignet sich sehr gut für den Umgang mit empfindlichen Produkten wie Erdbeeren und Birnen sowie rutschigen Gegenständen, etwa einem gekochten und geschälten Ei, das in Olivenöl schwimmt.

Quelle

https://www.maschinenmarkt.vogel.de/rose-der-feinfuehlige-roboter-greifer-aus-japan-a-ad4cad459ab73c40acc37648d989edc8/ (23-07-25)

Pflegeroboter Lio

Pflegeroboter Lio erzählt Witze und Geschichten, spielt Musik ab und gibt Wetterprognosen durch. Bei einigen Bewohnerinnen und Bewohnern eines Pflegeheims ist Lio sehr beliebt, denn die Bewohnerinnen und Bewohner laufen ihm teilweise nach, und lassen sich von ihm so zu mehr Bewegung animieren. Lio ist noch in Ausbildung und seine Fähigkeiten werden stetig erweitert, so fährt Lio von Zimmer zu Zimmer und bietet den Bewohnerinnen und Bewohnern Unterhaltung an. Auch für den Transport, etwa von Wasserflaschen, wird Lio eingesetzt, er erinnert an Termine und bringt die Post. Wasserflaschen kann er zwar transportieren, das feinmotorische Geschick, diese auch zu überreichen, besitze er allerdings noch nicht.

Viele der Aufgaben erledigt Lio noch mit Unterstützung des Personals, denn man kann ihn nicht immer alleine mit Bewohnerinnen oder Bewohnern arbeiten lassen, denn so werden die Turnübungen jeweils von einer Bewegungstherapeutin begleitet und überwacht.

Gesteuert wird Lio entweder durch das Bewegen seines Kopfes oder durch Sprache.
Pflegekräfte ersetzen soll Lio definitiv nicht, denn das Ziel ist, dass er Pflegekräfte unterstützt. Er soll repetitive Arbeiten abnehmen, so dass Pflegende die Zeit haben, sich um andere Arbeiten zu kümmern. Bisher unterstützt Lio das Pflegefachpersonal aber nur eingeschränkt, denn gerade am Anfang habe der Roboter eher Mehraufwand bedeutet, da vieles nicht auf Anhieb funktioniert.

Quelle

https://www.inside-it.ch/assistenzroboter-hilft-in-der-pflege-mit-20230706 (23-07-07)

Polizei-Roboter

Am Flughafen setzt die Polizei in Singapur jetzt auf Roboter, wobei die bis zu 2,30 Meter großen Geräte unter anderem mit einer 360-Grad-Kamera ausgestattet sind und autonom patrouillieren können. Sie besitzen Sirenen, eine Kamera und können eigenständig agieren, denn die Sicherheitsroboter der Polizei am Flughafen von Singapur sollen nicht nur „zusätzliche Polizeipräsenz zeigen“ bieten, sondern polizeiliche Einsätze auch aktiv unterstützen. Kommt es zu einem Vorfall, sind die Roboter dazu in der Lage, Absperrungen zu errichten und Personen im Umfeld mit Hilfe von Blinklichtern, Sirenen und Lautsprechern zu warnen. Ein auf der Rückseite des Roboters integrierte LCD-Display soll visuelle Informationen vermitteln. Außerdem sollen Menschen direkt mit der Polizei kommunizieren können, indem sie einen Knopf an der Vorderseite drücken.
Die Polizei-Roboter waren erstmals Anfang 2018 versuchsweise bei einer Parade in der Öffentlichkeit eingesetzt worden. Danach folgte eine mehr als fünfjährige Erprobungsphase. Nun stehen die ersten beiden Roboter im Dienste der Flughafenpolizei. Und sie sollen erst der Anfang sein; für die kommenden Jahre ist die Einführung weiterer Geräte ihrer Art an verschiedenen Stellen in Singapur geplant.

Quelle

https://www.stern.de/panorama/polizei-roboter-patrouillieren-am-flughafen-von-singapur—und-das-ist-erst-der-anfang-33569278.html (23-06-19)

Nao in einer inklusiven Kita

Der Roboter Nao kommt etwa zwei bis drei Mal pro Woche in die Karlsruher Kita, wo die Kinder der inklusiven Karlsruher Kita im Lebenshilfehaus mit dem Kitapersonal und mit dem Roboter „Nao“ tanzen und singen. Die 58 Zentimeter kleine, menschenähnliche Maschine ist Teil eines Forschungsprojektes des Karlsruher Instituts für Technologie, das Künstliche Intelligenz und Robotik im Alltag ausprobiert. Gesungen werden etwa gemeinsame Morgenlieder, er motiviert unglaublich und weckt auch einfach das Interesse und die Neugier. Die Kinder befolgten etwa Sportübungen viel lieber auf Anweisung von Nao, wobei vor allem autistische Kinder gut auf Nao reagieren. Begleitet wird das Projekt von Tamim Asfour, der am Karlsruher Instituts für Technologie zu Robotik forscht, und seine Mitarbeitenden tauschen sich seit der Ankunft von Nao im Februar dieses Jahres regelmäßig mit den Kitafachkräften aus, wobei man dann benötigte Funktionen für den Roboter programmiert.

Rückmeldungen fanden sich im Sonntagsblatt vom 14. Juni 2023:

„Herr Nao ist lustig, weil er so viel Quatsch macht“, sagt ein blondes Mädchen in der Kita der Lebenshilfe in Karlsruhe, bevor eine Runde Gymnastik mit dem Roboter beginnt. Kinder und Roboter „NAO“ singen und tanzen gemeinsam, heben die Arme oder zeigen auf ihre Nasen. Als der 58 Zentimeter große und 5,6 Kilogramm schwere Roboter umkippt, stellt sich ein anderes Mädchen beschützend hinter ihn. Seit Februar begleitet der niedliche, weiße „NAO“ mit den runden Augen die Mädchen und Jungen der inklusiven Kita im Lebenshilfehaus in Karlsruhe. Gemeinsam mit dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) wird getestet, wie der humanoide Assistent „NAO“ die frühkindliche Pädagogik unterstützen kann. Die Kinder mit und ohne Behinderung seien sehr neugierig und interessiert, was der Roboter alles könne, sagt die Leiterin der Kita Christina Speck am Mittwoch vor Journalisten in Karlsruhe. Damit leiste er einen wichtigen Beitrag zum frühkindlichen Erwerb von Medienkompetenz. Nicht nur die Kinder, auch die Eltern seien sehr offen für die neue Technik, die zwei bis drei Mal pro Woche zum Einsatz kommt. Personal werde der Computer aber nicht ersetzen, betonte Speck: „Er kann kein Kind auf den Schoß nehmen und trösten.“ Das werde immer ein Mensch machen. Der Roboter motiviere die Kinder etwa, sich zu bewegen oder „Tai Chi“-Übungen zu machen. Besonders autistische Kinder reagierten positiv auf „NAO“, hat sie beobachtet. „Wir entwickeln eine Technologie, um Menschen zu unterstützen und ihre Lebensqualität zu verbessern“, sagt Professor Tamim Asfour vom Institut für Anthropomatik und Robotik. Mit Experimenten zur spielerischen Sprach- und Bewegungsförderung in der Kita solle eine Künstliche Intelligenz (KI) für Menschen erfahrbar werden. Der Roboter könne tanzen und erzählen, aber nicht mit den Kindern sprechen. Er werde von den Wissenschaftlern nach den Bedürfnissen in der Kita programmiert. Unterhalten könne er sich aber mit den Kindern nicht, so Asfour. Eine solche Programmierung sei „nicht so einfach, wie viele denken“. Dafür sei noch sehr viel Forschungsarbeit nötig: „KI kann noch längst nicht alles, auch wenn das viele Menschen denken.“ Daten würden aber nicht durch den Roboter selbst erfasst, beruhigt der Wissenschaftler. Das sei in Deutschland ethisch und rechtlich nicht möglich. Lediglich die Erzieherinnen und Erzieher berichteten den Forschenden, wie der Roboter genutzt werde. Die Wissenschaftler erproben derzeit noch sechs weitere „NAO“s in Karlsruhe – in einer weiteren Kita, aber auch in Schulen und einem Krankenhaus. Ob das Projekt in der Kita ein Erfolg werde, würden allein die Kinder entscheiden, betont er. Und genauso wie die Kinder, muss auch der Roboter nach dem Mittagessen eine Ruhezeit machen – „um den Akku aufzuladen“, erklärt eine Erzieherin.

Literatur

dpa-infocom, dpa:230607-99-974331/2
https://www.sonntagsblatt.de/artikel/gesellschaft/herr-nao-macht-so-viel-quatsch-wenn-ein-roboter-die-kita-geht