Stellen Sie sich einen Roboter als eine Maschine mit einer Computeranwendung vor. Die Komponenten des Roboters gehören zu zwei großen Kategorien: Hardware und Software.
Roboter-Hardware
Zur Hardware eines Roboters gehören Körper, Motoren und Sensoren.
Die Körperform hängt von der Art von Roboter oder vom Anwendungsbereich ab. Beispiele sind humanoide Roboter, Roboter nur mit Armen, Roboter nur mit Beinen und Roboter auf Rädern. Der Körper ist weitgehend von Metall, Plastik oder einem anderen Material (z. B. Kohlefaser) bedeckt, um das Innenleben des Roboters zu schützen. Bei der Schutzabdeckung ist zu bedenken, dass mit jedem Gramm mehr die Motoren und der Energieverbrauch angepasst werden müssen.
Die Motoren bewegen den Roboter und seine Teile. Es gibt verschiedene Arten von Motoren bei Robotern, unter anderem bidirektionale Schrittmotoren, Rotationsmotoren, Pumpen und Vibrationsmotoren. Bei komplexen Körperformen müssen mehrere Motoren synchronisiert werden. Die Synchronisierung der Motoren wird üblicherweise auf Mikroebene vorgenommen. Das heißt, die Kontrolle der Motoren für bestimmte Handlungen, z. B. ein Schritt nach vorn mit dem linken Bein oder das Heben des rechten Arms, ist vorgegeben. Bei komplexen Tätigkeiten wird eine Sequenz dieser vordefinierten Aufgaben in einer bestimmten Reihenfolge durchgeführt – z. B. damit der Roboter von A nach B geht oder einen Gegenstand greift und in den Zielbereich bringt.
Sensoren sammeln Umgebungsdaten, die vom Computer verarbeitet werden, um die Umgebung zu verstehen und entsprechend zu handeln. Roboter können eine Vielzahl von Sensoren enthalten, z. B. Kameras, Mikrofone, Drucksensoren, Thermometer, Feuchtigkeitsmesser, Positionssensoren, Geschwindigkeitsmesser, Ortungssensoren und berührungsempfindliche Sensoren.
Energie ist nötig, damit der Roboter sich bewegen und denken, d. h. Algorithmen auf dem Computer laufen lassen kann. Als Energiequelle dient normalerweise Strom aus einem Stromanschluss, einer eingebauten Batterie oder aus Sonnenenergie. Manche Roboter laufen auch mit Gas. Die Energiequelle wird normalerweise durch den Einsatzzweck bestimmt.
Roboter-Software
Software steuert den Roboter. Ohne Software könnte der Roboter nicht funktionieren. Oft kann man mit der Software Einstellungen vornehmen, z. B. über eine Smartphone-App oder ein spezielles Eingabegerät mit Knöpfen.
Die Software gibt es als eingebaute „fest verdrahtete“ Lösung, die nicht verändert werden kann. Diese Technik wird bei alten und einfachen Robotern genutzt. Es gibt aber auch modernere Lösungen, bei denen Aktualisierungen und Upgrades der Software per Fernzugriff über das Internet möglich sind. Dabei bemerkt der Roboterbesitzer eventuell nicht einmal, dass ein Upgrade durchgeführt wird. Diese Möglichkeit hilft Entwicklern, neue Funktionen einzuführen, Fehler zu beheben oder die Performance zu verbessern. Eine dritte Art von Software lässt kleinere oder größere Änderungen zu oder sogar die komplette Neuentwicklung von Software für Roboter für allgemeine Zwecke, wie zuvor erläutert.
Robotik und KI
KI wird zu einer Mainstream-Softwaretechnologie und wird zweifellos eine wichtige Rolle für die Zukunft der Robotik spielen. Die möglichen Anwendungsbereiche der Robotik sind so vielfältig, dass je nach Roboter unterschiedliche KI-Methoden gefragt sind.
KI-gestützte Computer Vision (Computer-Bildverarbeitung) hat ihre Effizienz bereits in zahlreichen Bereichen unter Beweis gestellt. Roboter mit Kameras können künstliche Intelligenz zur Analyse von Bild- und Videomaterial nutzen, z. B. um Objekte zu erfassen, Entfernungen zu messen, Objekte und Menschen zu erkennen und deren Bewegungen vorherzusagen, Gefahren zu entdecken und die Bildqualität der Kamera zu erhöhen.
Audio- und Sprachverarbeitung sind ein weiterer typischer Einsatzbereich für KI. Robotern mit Mikrofonen können dank KI Geräusche und Sprache in der Umgebung aufnehmen und analysieren. Je nach Anwendungsbereich umfasst dies Funktionen wie Stimmerkennung, Spracherkennung, Ton- und Ereigniserkennung und Rauschabstandsmessung. Roboter mit Lautsprechern können Sprachsynthese (Text-to-speech) verwenden, um mit dem Benutzer in menschenähnlicher Stimme zu kommunizieren.
Roboter, insbesondere soziale Roboter, nutzen Kamera, Mikrofon und Lautsprecher, um ihre Umgebung zu verstehen. Dank fortschrittlicher Verarbeitung natürlicher Sprache und Sprachtechnologien können Roboter mit Menschen kommunizieren, und das teils auf eine Art, die den Anschein menschlicher Intelligenz erweckt. Da diese fortschrittlichen KI-Algorithmen eine gewaltige Rechenleistung erfordern, führen manche Roboter diese Algorithmen in der Cloud aus.
Roboter, die Daten aus Sensoren sammeln (Sensoren zur Messung von Entfernungen, Kraft, Stromstärke, Netzspannung, Temperatur und Luftfeuchtigkeit sowie Kameras und Mikrofone), können mit KI-Algorithmen erste Anzeichen von Systemversagen erkennen. Dadurch können diese Roboter ihre Tätigkeit einstellen, um ein Versagen zu verhindern, oder anzeigen, dass eine Wartung nötig ist, bevor es zu gravierenden Problemen kommt. Dies wird vorausschauende Instandhaltung genannt. Dies ist von großer Bedeutung in Fertigungsindustrie und Landwirtschaft, um mangelhafte Produkte und Güter sowie lange Stillstandszeiten zu vermeiden.
Die Bewegungen und die Stabilität von Robotern können zudem mit KI-Algorithmen an die Umgebung des Roboters und an die Objekte, mit denen er interagiert, angepasst werden. Teils kann dies noch vor Einsatz des Roboters in einer Simulationsumgebung vorgenommen werden, wobei die Software aus der Simulation an die echte Welt angeglichen wird.
Dies sind allgemeine Lösungen für Robotik und KI, doch es gibt noch weitaus mehr Möglichkeiten. Robotik und KI sind beides neu entstehende Technologien, sodass die Zukunft sicherlich weitere spannende, intelligente Lösungen bereithält.
