Ein ehrgeiziges Projekt verbindet die Disziplinen Biologie und Robotik mit dem Ziel, eine neue Generation autonomer Maschinen zu entwickeln. Unter den elektronischen Schaltkreisen übernimmt das Myzel, die unterirdische Struktur der Pilze, die Funktion der Steuerung. Diese Idee mag auf den ersten Blick überraschend erscheinen, doch sie birgt ein beträchtliches Potenzial.
Ein Team der Cornell University hat biohybride Roboter entwickelt, die in der Lage sind, auf ihre Umgebung zu reagieren. Dazu nutzen sie nicht herkömmliche Schaltkreise, sondern die natürlichen elektrischen Signale des Myzels. Diese Entwicklung stellt eine echte Innovation im Bereich der biologischen Schnittstellen dar.
Das Myzel ist in der Lage, verschiedene physikalische und chemische Signale aufzunehmen, zu interpretieren und als elektrische Impulse weiterzuleiten. Das Netzwerk weist eine ähnliche Funktionsweise wie das menschliche Nervensystem auf, wodurch es sich in besonderem Maße für die Kommunikation mit elektronischen Komponenten eignet. Die Wissenschaftler haben eine auf die Erfordernisse des Forschungsgegenstands zugeschnittene elektrische Schnittstelle entwickelt, welche die elektrophysiologische Aktivität des Pilzes in Echtzeit aufzeichnet. Die erfassten Daten werden nachfolgend in digitale Anweisungen umgewandelt, welche schließlich zur Steuerung der Aktuatoren des Roboters verwendet werden.
Im Rahmen der Forschungsarbeiten wurden zwei Prototypen entwickelt: ein weicher, spinnenartiger Roboter mit Beinen sowie ein roboterisiertes Gerät auf Rädern. In den initialen Experimenten demonstrierten beide Maschinen eine Bewegung als Reaktion auf die Signale des Myzels, was die Effektivität dieses innovativen Steuerungsansatzes belegt.
Im Rahmen der weiteren Verfeinerung der Funktionsweise erfolgte eine Testung der Reaktion der Pilze auf ultraviolettes Licht. Das Resultat war eine unmittelbare Modifikation der Bewegung der Roboter. Eine weitergehende Manipulation eröffnete die Möglichkeit einer vollständigen Kontrolle der Roboter, indem die Signale des Pilzes beeinflusst wurden.
In den bisherigen Experimenten wurde lediglich der Reiz Licht verwendet. Der Pilz ist jedoch in der Lage, eine Vielzahl unterschiedlicher Signale zu generieren, die von den jeweils vorliegenden Bedingungen abhängen. Diesbezüglich sind insbesondere Druck, Hitze sowie allgemein chemische Signaturen zu nennen. Das breite Anwendungsfeld dieses Systems könnte zu einer Revolution in der Landwirtschaft führen. Ein möglicher Einsatzbereich wäre die Überwachung der Bodenchemie, um die Düngemittelzufuhr in Echtzeit anzupassen. Dies könnte eine vielversprechende Lösung für aktuelle Umweltbedenken darstellen.
Die Verbindung von Biologie und Robotik geht über das reine Forschungsfeld hinaus und ebnet den Weg für Maschinen, die komplexe Umgebungen wahrnehmen und darauf reagieren können. Dadurch wird die Technologie anpassungsfähiger und intelligenter.
Roboter mit Selbstorganisation und Kollaboration
Die Wissenschaftler der Universität Genf haben einen entscheidenden Meilenstein in der Entwicklung von künstlicher Intelligenz (KI) erreicht. Sie haben die erste KI-Plattform geschaffen, die in der Lage ist, eigenständig mit anderen KI-Systemen zu kommunizieren und zu interagieren. Das Forschungsteam unter der Leitung von Professor Guillermo Barrenetxea hat ein innovatives System entwickelt, das nicht nur Anweisungen ausführt, sondern auch selbstständig Informationen mit anderen KI-Agenten austauschen und gemeinsam komplexe Probleme lösen kann. Diese bahnbrechende Errungenschaft wird als ein bedeutender Schritt in Richtung einer allgemeinen KI mit menschenähnlichen kognitiven Fähigkeiten angesehen.
Das neu entwickelte KI-System zeichnet sich durch seine Fähigkeit zur Selbstorganisation und Kollaboration aus. Es kann eigenständig Kontakt zu anderen KI-Systemen aufnehmen, Daten und Erkenntnisse austauschen und gemeinsam an der Lösung komplexer Aufgaben arbeiten. Diese Interaktionsfähigkeit eröffnet völlig neue Möglichkeiten in der KI-Forschung und -Anwendung. Die Forscher betonen, dass ihre KI strenge ethische Richtlinien einhält und ausschließlich für friedliche, gemeinnützige Zwecke eingesetzt werden soll – etwa in den Bereichen Medizin, Umweltschutz oder Weltraumforschung.
Die Schweizer Forschungsgemeinschaft feiert diese Entwicklung als einen bahnbrechenden Durchbruch in der globalen KI-Forschung. Experten sehen darin großes Potenzial für die Lösung komplexer Probleme, die bislang für einzelne KI-Systeme zu komplex waren. Die Fähigkeit zur autonomen Kooperation und Koordination könnte einen entscheidenden Schritt in der Evolution der künstlichen Intelligenz darstellen und den Weg für eine neue Generation intelligenter Systeme ebnen, die eng mit Menschen zusammenarbeiten, um die großen Herausforderungen unserer Zeit zu meistern.
Robotik in der Land- und Forstwirtschaft
Die steirische Land- und Forstwirtschaft setzt verstärkt auf Digitalisierung, Robotik und neue Technologien, um ihre Produktivität zu steigern. Die Landwirtschaftskammer Steiermark betont dies im Rahmen der Woche der Land- und Forstwirtschaft. Neue Technologien wie Drohnen werden bereits verwendet, um den Landwirten bei ihrer Arbeit zu helfen. Drohnen werden eingesetzt, um Saatgut auszusäen und schädlingsbefallene Bäume in den Wäldern zu erkennen. Diese technologischen Innovationen sollen Zeit, Geld und Ressourcen sparen und die Effizienz der land- und forstwirtschaftlichen Betriebe steigern. Die Forschung in der Landwirtschaft konzentriert sich auch auf die Zukunft, z. B. mit der dynamischen Waldtypisierung, um zu ermitteln, welche Bäume unter den sich ändernden klimatischen Bedingungen in den kommenden Jahrzehnten gut gedeihen werden.
KI und Philosopie
In einer Zeit, in der der öffentliche Diskurs zunehmend von Fake News und Verschwörungstheorien geprägt ist, bietet die Philosophie Orientierung und Werkzeuge, um Wissen von Unwissen und Wahrheit von Lüge zu unterscheiden. Das Forschungsprojekt „Wissen in der Krise” vereint Philosophen aus Österreich, um die Herausforderungen der modernen Wissensgesellschaft zu beleuchten. Die Untersuchung zentraler Fragestellungen wie „Wie können wir wahr von falsch unterscheiden?” und „Was erklärt die Wissenskrise?” zielt auf die Analyse der Rolle von Wissen und Wissenschaft in einer Welt voller Informationen ab.
Die Kernaussagen lassen sich wie folgt zusammenfassen:
- Wissen stellt die Grundlage für effektives Handeln und gesellschaftlichen Zusammenhalt dar. Die Flut an Informationen im Internet erschwert jedoch die Unterscheidung von Wahrheit und Falschheit.
- Die Verbreitung von Deep Fakes und anderen gefälschten Inhalten kann durch KI zu einer Verschärfung der genannten Probleme führen.
- Philosophie bietet einen Rahmen, um kritisch zu denken und Informationen zu bewerten.
- Bildung und Investitionen in Wissenschaft sind wichtig, um das Vertrauen in die Wissenschaft zu stärken.
Politiker sollten wissenschaftliche Erkenntnisse bewerten und transparente Entscheidungen treffen. Das Projekt „Wissen in der Krise” knüpft an diese Tradition an und bietet in einer Zeit der Informationsflut einen wertvollen Kompass für die Orientierung. In einer Welt voller Informationen und Meinungsvielfalt spielt Philosophie daher eine unverzichtbare Rolle. Sie hilft, die Qualität von Informationen einzuschätzen, fundierte Entscheidungen zu treffen und die Demokratie zu stärken.
Roboterhaut aus menschlichen Zellen
Forscher haben erfolgreich eine fortschrittliche Roboterhaut entwickelt, die aus lebenden menschlichen Zellen besteht. Diese innovative biohybride Haut ist in der Lage, wie echte menschliche Haut Empfindungen wie Spannung und Berührung zu erfassen.
Diese Technologie markiert einen bedeutenden Fortschritt in der Robotik und könnte in Zukunft zur Herstellung von humanoiden Robotern oder hochentwickelten Prothesen verwendet werden. Die Verwendung von lebenden menschlichen Zellen in Robotersystemen eröffnet neue Möglichkeiten für die Schaffung von biohybriden Systemen, die menschenähnliche Funktionen bieten.
Diese Entwicklung verdeutlicht das wachsende Potenzial der Verbindung von biologischen Zellkomponenten mit Technologie, um lebensechte und vielseitige Robotiklösungen zu schaffen.
Literatur
Kawai, Michio, Nie, Minghao, Oda, Haruka & Takeuchi, Shoji (2024).Perforation-type anchors inspired by skin ligament for robotic face covered with living skin. Cell Reports Physical Science, doi:10.1016/j.xcrp.2024.102066
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.
Roboter zum Kuscheln
Die japanische Firma Groove X verdient mit dem Roboter Lovot erfolgreich Geld, indem sie auf emotionale Bedürfnisse der Menschen abzielt. Lovot, ein kleiner, kuscheliger Roboter, der auf Wärme und Aufmerksamkeit reagiert, wurde seit 2018 etwa 14.000 Mal verkauft. Mit einem Preis von 3000 Euro pro Stück und monatlichen Servicegebühren von 70 Euro bleibt Lovot wirtschaftlich erfolgreich, da 90 Prozent der Kunden ihn auch nach drei Jahren noch nutzen.
Lovot gehört zur Kategorie der „haptischen Wesen“, die durch ihre einfache Technik, aber hohe emotionale Bindung auffallen. Diese Roboter bieten keine komplexen Interaktionen, sondern schaffen durch ihre Sensoren eine physische Erfahrung, die Menschen emotional anspricht. Vorläufer dieser Bewegung waren Roboter wie die Roboter-Robbe Paro. Andere Beispiele sind das schwanzwedelnde Kissen Qoobo und der mechanische Hamster Moflin.
Der Gründer von Groove X, Kaname Hayashi, erkannte während seiner Karriere bei Toyota und Softbank die Marktlücke für einfachere, emotional ansprechende Roboter. Seine Erfahrung mit dem humanoiden Roboter Pepper, der kommerziell nicht erfolgreich war, führte ihn zu der Einsicht, dass die Erwartungen der Menschen an Roboter oft zu hoch sind.
Hayashi sieht den aktuellen Hype um humanoide Roboter kritisch und glaubt, dass echte Durchbrüche noch Zeit benötigen. Bis dahin setzen er und andere auf Roboter, die emotionale Unterstützung bieten, wie Lovot. Die Hauptkäufergruppe sind Frauen zwischen 40 und 50 Jahren, die den Roboter als Ersatz für Haustiere sehen. Hayashi plant, Roboter mit KI zu entwickeln, die als persönliche Coaches fungieren und den Menschen helfen sollen, in einer sich schnell verändernden Welt glücklich zu bleiben und weiterzulernen.
Der humanoide Roboter iCub3 kann Menschen umarmen
Die Forschergruppe um Stefano Dafarra vom Istituto Italiano di Tecnologia in Genua (Italien) hat mit iCub3 am internationalen Roboter-Avatar-Wettbewerb ANA Avatar XPrize teilgenommen. Während sich iCub3 im November 2021 durch die Kunstausstellung Biennale in Venedig bewegte, wurde er im 290 Kilometer entfernten Genua gesteuert. Der Bediener sammelte Eindrücke von der Ausstellung und unterhielt sich mit einer Begleiterin. Am Ende umarmte die Begleiterin den Roboter und der Operator und sein Avatar erwiderten die Umarmung. Er kommuniziert dabei über den Avatar mit Menschen über seine Stimme und seine Mimik, was insbesondere über die Augenbrauen, den Mund und die Augen geschieht. Der Roboter reagiert deshalb zum Beispiel mit einem vorprogrammierten Blinzeln, wenn er grellem Licht ausgesetzt ist.
Literatur
https://www.geo.de/wissen/forschung-und-technik/icub3–humanoider-roboter-kann-laufen-und-umarmen-34397404.html (24-01-25
Vergleich Roboter – Mensch
Der unaufhörliche Fortschritt der Robotertechnologie und die Rationalisierung der menschlichen Arbeitskraft wecken in der Gesellschaft hohe Erwartungen, aber auch Ressentiments und sogar Angst. In einer Arbeit präsentieren Riener et al. (2023) einen quantitativen, normierten Leistungsvergleich, um die drängende Frage zu beleuchten: „Wie nah ist der aktuelle Stand der humanoiden Robotik daran, den Menschen in seinen typischen Funktionen (z. B. Fortbewegung, Manipulation) und den zugrundeliegenden Strukturen (z. B. Aktuatoren/Muskeln) in menschenzentrierten Bereichen zu übertreffen?“ Die meisten hochmodernen Roboterstrukturen, die für die visuelle, taktile oder vestibuläre Wahrnehmung erforderlich sind, übertreffen die menschlichen Strukturen, allerdings auf Kosten einer etwas höheren Masse und eines etwas größeren Volumens. Elektromagnetische und fluidische Antriebe übertreffen menschliche Muskeln in Bezug auf Geschwindigkeit, Ausdauer, Kraftdichte und Leistungsdichte, wobei Komponenten zur Energiespeicherung und -umwandlung nicht berücksichtigt sind. Künstliche Gelenke und Verbindungen können mit dem menschlichen Skelett konkurrieren. Dagegen zeigt der Vergleich der Fortbewegungsfunktionen, dass Roboter in Bezug auf Energieeffizienz, Betriebszeit und Transportkosten hinterherhinken. Roboter sind in der Lage, Hindernisse zu überwinden, Objekte zu manipulieren, zu schwimmen, Fußball zu spielen oder Fahrzeuge zu steuern. Trotz der beeindruckenden Fortschritte, die humanoide Roboter in den letzten zwei Jahrzehnten gemacht haben, erreichen die aktuellen Roboter noch nicht die Geschicklichkeit und Vielseitigkeit, um komplexere Manipulations- und Fortbewegungsaufgaben (z. B. in engen Räumen) zu bewältigen. Die Autoren kommen daher zu dem Schluss, dass die moderne humanoide Robotik weit davon entfernt ist, die Geschicklichkeit und Vielseitigkeit des Menschen zu erreichen. Trotz der überragenden technischen Strukturen sind die Roboterfunktionen denen des Menschen unterlegen, selbst bei angebundenen Robotern, die schwere Hilfskomponenten außerhalb des Fahrzeugs unterbringen können. Die anhaltenden Fortschritte in der Robotik lassen erwarten, dass sich der Abstand verringert.
Literatur
Riener, Robert, Rabezzana, Luca & Zimmermann, Yves (2023). Do robots outperform humans in human-centered domains? Frontiers in Robotics and AI, 10, doi:10.3389/frobt.2023.1223946.
Weiche Sensoren in der Robotik
Weiche Sensoren, die zwischen Scher- und Normalkraft unterscheiden können, könnten Maschinen die Feinsteuerung ermöglichen, die für eine sichere und effektive physische Interaktion mit Menschen erforderlich ist. Die Entwicklung von solchen Sensoren in Verbindung mit künstlicher Intelligenz steigert die Fähigkeiten von Robotern und macht sie lebendiger, was neue Möglichkeiten für die Zusammenarbeit zwischen Menschen und Robotern eröffnet. Dies ist wichtig, damit die Roboter intelligenter entscheiden können, welche Sensoren sie verwenden und wie sie auf verschiedene Situationen reagieren sollen. Da die Sensoren immer hautähnlicher werden und auch Temperatur und sogar Schäden erkennen können, müssen Roboter intelligenter entscheiden, auf welche Sensoren sie achten und wie sie reagieren sollen. Die Entwicklung von Sensoren und künstlicher Intelligenz muss daher Hand in Hand gehen.
Sarwar et al. (2023) haben einen kapazitiver Sensor entwickelt, der aus gemustertem Elastomer besteht und sowohl feste als auch gleitende Säulen enthält, die es dem Sensor ermöglichen, sich zu verformen und zu wölben, ähnlich wie die Haut selbst. Der Sensor unterscheidet zwischen einer gleichzeitig wirkenden Normalkraft und einer Scherkraft, indem er die Signale von vier verformbaren Kondensatoren summiert und differenziert. Darüber hinaus kann die Nähe der Finger in einem Bereich von bis zu 15 mm erkannt werden. Die Funktionsweise wird von den Forschern an einem einfachen Greifer demonstriert, der einen Becher hält, wobei die Kombination von Merkmalen und die einfache Herstellungsmethode diesen Sensor zu einem Kandidaten für die Implementierung als Sensorhaut für humanoide Roboteranwendungen machen.
Neue Sensoren können auf der Oberfläche einer Prothese oder eines Roboterglieds angebracht werden und ermöglicht es diesen, Berührungen wahrzunehmen und Aufgaben auszuführen, die bisher für Maschinen äußerst schwierig waren, wie etwa das Aufheben einer weichen Frucht. Darüber hinaus haben neue Sensoren eine weiche Textur, die sie wie menschliche Haut aussehen lässt, was eine sicherere und natürlichere Interaktion mit Menschen ermöglicht. Dadurch kann ein Prothesen- oder Roboterarm auf taktile Reize mit Geschicklichkeit und Präzision reagieren. also etwa zerbrechliche Gegenstände wie ein Ei oder ein Glas Wasser halten, ohne sie zu zerdrücken oder fallen zu lassen. Der Kern solcher Sensoren besteht aus Silikonkautschuk, einem Material, das in der Filmindustrie häufig zur Erzeugung spezieller Hauteffekte verwendet wird. Das einzigartige Design dieser Sensoren verleiht ihnen die Fähigkeit, sich zu biegen und zu falten, ähnlich wie die menschliche Haut. Solche Sensoren nutzen schwache elektrische Felder zur Erkennung von Objekten, auch aus größerer Entfernung, und ermöglicht es Robotern, sicher mit Menschen zu interagieren.
Literatur
Sarwar, Mirza S., Ishizaki, Ryusuke, Morton, Kieran, Preston, Claire, Nguyen, Tan, Fan, Xu, Dupont, Bertille, Hogarth, Leanna, Yoshiike, Takahide, Qiu, Ruixin, Wu, Yiting, Mirabbasi, Shahriar, Madden & John D. W. (2023). Touch, press and stroke: a soft capacitive sensor skin. Scientific Reports, 13, doi:10.1038/s41598-023-43714-6.
https://gagadget.com/de/science/342373-durchbruch-in-der-robotik-wissenschaftler-haben-zusammen-mit-honda-einen-sensor-entwickelt-der-der-menschlichen-h/ (23-10-29)