TRANSCEND ist eines von sechs neuen interdisziplinären Forschungsprojekten, die im Rahmen des Förderinstruments Audacity des Institute for Advanced Studies der Universität eine mehrjährige Förderung erhalten haben.
Das Projekt, unter der Leitung von Profs. Jan Lagerwall und Holger Voos und in Zusammenarbeit mit den Profs. Mathew Schwartz (New Jersey Institute of Technology) und Danqing Liu (Technische Universität Eindhoven) durchgeführt, soll die Grundlage für eine Infrastruktur schaffen, die mit den aufkommenden Trends in der Robotik und Automatisierung Schritt halten kann. Langfristig soll es ein sicheres Zusammenleben von Robotern und Menschen in alltäglichen Kontexten gewährleisten, von der Intimität der Wohnung bis hin zu Baustellen und belebten Städten.
Die Autonomisierung von Robotern war in den letzten Jahren ein steigender Trend in der Robotikbranche. Autonome Roboter sind nicht an einen bestimmten Ort gebunden, wie z. B. eine Fabrikhalle, sondern können sich bewegen, indem sie entweder gehen (wie bei humanoiden Robotern), rollen (wie bei fahrerlosen Autos) oder fliegen (wie bei Drohnen).
Verbunden mit dieser Entwicklung ist das Interesse, Roboter in von Menschen bewohnte Räume einzubringen, wie z. B. öffentliche Räume, Büros oder Krankenhäuser und sogar Wohnungen. „Die Gründe für den Einsatz von Robotern in von Menschen bewohnten Räumen gehen weit über die Idee hinaus, Hausarbeiten zu ersetzen, wie es bei Roboterstaubsaugern der Fall ist. Sie können neue und bessere Lösungen für Probleme bieten, denen wir in unserem Alltag begegnen, wie z. B. persönliche Mobilität (insbesondere für behinderte Menschen), Brandbekämpfung, Lieferung von Waren, Organisation von Lagern (von riesigen Amazon-Lagern bis hin zur Garderobe in einem Theater oder Konferenzzentrum) und so weiter“, sagt Prof. Voos.
Technologische Lösungen für ethische Fragen bereitstellen
Die Automatisierung von Robotern geht mit ethischen und gesellschaftlichen Fragen einher. Wie werden unser Leben und unser Verhalten beeinflusst, wenn wir ständig von Robotern umgeben sind? Wie steht es um die persönliche Integrität, wenn man von Robotern umgeben ist, die über künstliche Intelligenz und fortschrittliche Kamerasysteme verfügen, die einen leicht erkennen und identifizieren können? TRANSCEND erforscht einen potentiell vorteilhaften Weg, um diese Fragen zumindest teilweise zu beantworten. Durch die Entwicklung einer neuen Infrastruktur von Markern, die nur für Roboter sichtbar sind, könnte es möglich sein, die ständige hochauflösende Videoaufnahme und KI-basierte Analyse der Umgebung für die Lokalisierung und Navigation von Robotern zu vermeiden, da die Roboter nur nach den Markern, aber nicht die gesamte Szene absuchen müssen, um ihre eigene Position und Orientierung zu bestimmen. Indem sichergestellt wird, dass die Marker nicht erkennen, welche Person sich in der Szene befindet, sondern nur die menschliche Gestalt als solche identifizieren, wird die persönliche Integrität gestärkt.
Das Herzstück dieser neuen Technologie ist die bemerkenswerte Optik der Cholesteric Spherical Reflectors (CSRs), einer vielseitigen neuen optischen Komponente, die eine omnidirektionale Reflektivität in einem schmalen Wellenlängenband mit zirkularer Polarisation aufweist. Dies ermöglicht die Erkennung aus jeder Richtung, selbst in visuell komplexen und dynamischen Umgebungen, ohne Fehlalarme. „Durch die Abstimmung des Reflexionsbandes außerhalb des sichtbaren Spektrums sind CSRs für das menschliche Auge nicht detektierbar und daher ästhetisch nicht störend. Wir werden Oberflächen mit CSR-basierten Fiducial Markern beschichten – quasi unsichtbare QR-Codes – die die physische Welt mit ihrer digitalen Repräsentation verbinden und so eine Machine-to-Machine (M2M) und Environment-to-Machine (E2M) Kommunikation ermöglichen, die zuverlässig, kostengünstig und extrem energieeffizient ist“, erklärt Prof. Lagerwall. Die Technologie wird die Navigation und Echtzeit-Trajektorienoptimierung von Robotern (einzeln oder in Schwärmen), robotergestütztes Bauen und verantwortungsvollen Rückbau und Recycling unterstützen und so die Kreislaufwirtschaft fördern.
Prof. Jan Lagerwall ist Materialphysiker an der Fakultät für Naturwissenschaften, Technologie und Medizin und arbeitet auf dem Gebiet der experimentellen Physik der weichen Materie. Er ist spezialisiert auf Flüssigkristalle, deren optische Eigenschaften im TRANSCEND-Projekt genutzt werden, um die omnidirektionale Reflektivität der unsichtbaren Marker zu erzeugen.
Prof. Holger Voos ist Professor für Ingenieurwissenschaften am Interdisciplinary Centre for Security, Reliability and Trust und hat sich auf Robotik und Automatisierung spezialisiert, wobei der Schwerpunkt auf mobilen Robotern wie Drohnen, mobilen Servicerobotern, autonomen Autos oder Robotern im Weltraum liegt.
Das Projekt TRANSCEND startet am 1. September 2021.
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