Autonomer Roboter meistert Türöffnung – Durchbruch für Serviceroboter

Roboter können viele Dinge, aber sie können keine Tür öffnen und durch die Türöffnung gehen. Forscher haben dieses Problem in dreidimensionalen digitalen Simulationen gelöst und bauen einen autonomen Roboter, der genau das kann. Dieser einfache Fortschritt in der Unabhängigkeit stellt einen riesigen Sprung nach vorne für Helferroboter dar, die Büros, Flughäfen und Krankenhäuser saugen und desinfizieren.

Bisher adressierten Forscher das Problem, indem sie einen gesamten Raum scannten, um ein 3D-Digitalmodell zu erstellen, damit der Roboter eine Tür lokalisieren kann. Aber das ist eine zeitaufwändige Maßanfertigung, die nur für den spezifischen gescannten Raum funktioniert. Die Entwicklung eines autonomen Roboters, der sich selbst eine Tür öffnet, stellt mehrere Herausforderungen dar.

Türen kommen in verschiedenen Farben und Größen mit verschiedenen Griffen, die etwas höher oder niedriger sein können. Roboter müssen wissen, wie viel Kraft sie aufwenden müssen, um Türen zu öffnen, um Widerstand zu überwinden. Die meisten öffentlichen Türen sind selbstschließend, was bedeutet, dass der Roboter, wenn er den Griff loslässt, von vorne beginnen muss. Wenn eine Tür vom Roboter weg aufgeht, kann er einfach den Türgriff drehen und nach vorne drücken, um einen Raum zu betreten. Aber wenn eine Tür auf den Roboter zu aufgeht, wird die Aufgabe weitaus schwieriger, besonders wenn die Tür eingebauten Widerstand hat, um selbstständig zu schließen.

Einige Ingenieure haben einen Arm mit mehreren Gelenken an Robotern montiert, um einen Knopf oder Türgriff zu greifen, aber diese können extrem teuer sein. Ein einzelner Roboterarm mit sechs Gelenken, oder Freiheitsgraden, der den vollen Bewegungsbereich eines menschlichen Arms nachahmt, kann Zehntausende von Dollar kosten.

Das Problem wurde gelöst, indem ein Anbau an einem einfachen motorisierten Hub entworfen wurde, den der Roboter heben und senken kann, um einen Türgriff zu erreichen. Ein kleiner Arm an der Basis hält die Tür offen, während der Roboter sich darum herum dreht und seine Aufgaben im nächsten Raum fortsetzt. Da das Team Machine Learning nutzt, muss der Roboter sich selbst „beibringen“, wie man eine Tür öffnet, im Wesentlichen durch Versuch und Irrtum. Das kann anfangs zeitaufwändig sein, aber der Roboter korrigiert seine Fehler im Laufe der Zeit. Simulationen helfen dem Roboter, sich auf die eigentliche Aufgabe vorzubereiten.

Serviceroboter sind nützlicher geworden, besonders während der COVID-19-Pandemie, als mühsame Aufgaben wie Desinfizieren von Räumen mit Nebel oder Ultraviolettlicht automatisiert werden konnten. Ebenso wäre ein Roboter, der sich an der nächstgelegenen praktischen Wandsteckdose aufladen kann, extrem hilfreich. Die aktuelle Lösung ist die Installation einer Dockingstation. Wenn der Roboter wenig Energie hat, kehrt er zu seiner Dockingstation zurück. Aber er verliert Zeit bei der Rückkehr zum Dock, und es kann nicht in jedem Raum ein Dock geben.

Der neue Roboter wird in der Lage sein, eine Wandsteckdose zu identifizieren und den Stecker ohne menschliche Hilfe einzustecken, was eine Kombination von Herausforderungen ist. Eine elektrische Steckdose ist sehr klein, also muss der Roboter sie zuerst identifizieren. Menschen haben die Geschicklichkeit, die Steckdose zu finden und schnell einzustecken. Aber einen Roboter dazu zu bringen, ist nicht so einfach; wenn der Roboter nicht perfekt ausrichtet, wird er scheitern. Der Algorithmus der Forscher gibt dem Roboter jedoch mehr Flexibilität, um den Stecker zu „fühlen“, wenn er nah genug herankommt.