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Schlaue Roboter im Weltall

Kinderuni: Möglichkeiten und Grenzen der Technik

von Kai Hirschmann und Sandra Müller - 03.04.2006

In einigen Science-Fiction-Filmen kann man Roboter kaum noch von Menschen unterscheiden. Sie können selbstständig denken, Probleme lösen und haben sogar Gefühle. Die heutigen Roboter sind von solchen Fähigkeiten jedoch noch meilenweit entfernt. In der Kinderuni Mainz haben die jungen Studenten erfahren, dass sie immerhin schon den Boden saugen, Fußball spielen und fremde Planeten erkunden können.

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Im Alltag treffen wir überall auf Computer. Sie sind in Handys, Spielekonsolen, mp3-Playern, Fotokameras und bestimmten Spielzeugen eingebaut. All diese Computer werden durch einfache Programme gesteuert. Sie haben eine festgeschriebene Aufgabe, die sie immer wiederholen. Dagegen stecken selbstständig handelnde Roboter noch in den Kinderschuhen, aber es gibt sie bereits.

Die Informatiker Peter Dauscher, Jürgen Perl und Thomas Hillebrand haben den Nachwuchsforschern gezeigt, was Roboter heute schon so alles können und wo die Grenzen liegen.

Weltmeisterschaft der Fußball-Roboter

Drei Informatiker erklären in der Kinderuni, wie man Roboter programmiert. (Quelle: Sandra Müller (Helles Köpfchen))

Wissenschaftler glauben, dass Roboter-Androiden in 50 Jahren auf Bundesliga-Niveau Fußball spielen können. Als Androide bezeichnet man eine Mischform aus Mensch und Maschine. Heute scheitern zweibeinige Roboter dagegen oftmals schon daran, den Ball in ihrer Nähe zu erkennen und zu schießen. In einem bei der Kinderuni gezeigten Film irren hochmoderne Roboter hin und her, drehen ihren Kopf, suchten den Ball und fallen dann beim Schussversuch um. Jedes zweijährige Kind kann besser kicken.

Etwas besser stellen sich die Sony-Roboterhunde an. Sie treiben den Ball auf vier Pfoten vor sich her. Doch in Richtung Tor geht es dabei fast nie. Es gibt allerdings schon rollende Roboter, die tatsächlich Fußball spielen können. Die Blech-Kicker haben sogar schon an speziellen Roboter-Fußball-Weltmeisterschaften, dem so genannten "RoboCup", teilgenommen. Dabei passen sich die Robo-Teams den Ball zu, schirmen ihn vor ihren Gegnern ab und erzielen Tore. In seltenen Fällen gelingen sogar richtige Spielzüge wie zum Beispiel Doppelpässe.

Klare Anweisungen für die Maus im Labyrinth

Jürgen Perl erklärte, dass es ganz schön schwierig ist, den Robotern das Fußballspielen beizubringen. Denn Roboter haben kein Gehirn, mit dem sie selbstständig Entscheidungen fällen können. Jeder Roboter wird durch Programme gesteuert, die genau festlegen, wie er sich in einer bestimmten Situation verhalten soll.

Um zu zeigen, wie man Roboter programmiert, hatte Thomas Hillebrand ein anschauliches Beispiel mitgebracht. Er versuchte mit wenigen Befehlen eine Maus durch ein Labyrinth zu steuern. Damit sie am Ende zum Käse gelangen kann, braucht man mindestens drei Anweisungen:

  • WENN es nur einen Weg gibt, DANN folge ihm.
  • WENN du an eine Kreuzung kommst, DANN nimm immer den rechten Pfad.
  • WENN du in eine Sackgasse kommst, DANN drehe um.

Diese Wenn-Dann-Beziehungen reichen normalerweise, damit die Roboter-Maus ihren Weg zum Ziel findet. Informatiker schreiben sie daher in das Steuerungs-Programm. Der Versuch hat gezeigt, dass die Maus tatsächlich Labyrinthe erfolgreich lösen kann.

Ende einer Computer-Maus

Die "Maus" sitzt in der Falle. Sie ist falsch programmiert, so dass sie immer im Kreis läuft und den "Käse" nicht finden kann. (Quelle: Johannes Gutenberg Universität Mainz)

Doch irgendwann geriet die Maus in einen Irrgarten, in den ein Kreis eingebaut war (wie im Bild links). Als die Maus diesen erreichte und immer nach rechts abbog, war sie verloren. Sie dreht Runde um Runde und würde heute noch laufen, wenn Thomas Hillebrand sie nicht irgendwann erlöst hätte.

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Damit zeigte der Informatiker, dass Programme zwar in den meisten Fällen tadellos laufen, aber in bestimmten Situationen doch fehlerhaft sind. Wenn der Programmierer einen Ausnahmefall (wie das Labyrinth mit dem eingebauten Kreis) nicht bedacht hat, dann kommt es irgendwann zu Fehlern im Programmablauf. Je komplizierter eine Software ist, desto mehr Befehle enthält sie – und desto eher tritt irgendwann eine Situation ein, in der sie einen Fehler macht. Das wissen auch große Firmen wie Microsoft (dem "Windows-Erfinder") und stellen regelmäßig neue "Patches" im Internet bereit. Das sind kleine Programme, die Fehler in deiner Software korrigieren sollen.

Roboter müssen lernen zu lernen

Der Fußball-Roboter wird durch einen Computer gesteuert und kann Pässe spielen. Fallrückzieher bekommt er aber nicht hin. (Quelle: Sandra Müller (Helles Köpfchen))

Programme für frei bewegliche Roboter sind besonders umfangreich und schwer zu programmieren. Die Maschinen können ständig auf unerwartete Situationen stoßen. Roboter müssen ihre Umgebung beobachten und wichtige von unwichtigen Informationen unterscheiden können. Wenn sie auf ein Problem stoßen, müssen sie schnell reagieren. Wenn sie dabei einen Fehler machen, sollten sie daraus eine Lehre ziehen und sich das nächste Mal bei einer ähnlichen Situationen anders entscheiden – so lange, bis sie die Lösung gefunden haben. Künftig sollen sie dann immer richtig reagieren.

Die Informatiker haben die knifflige Aufgabe, möglichst viele Situationen vorherzusehen und passende Anweisungen in den Programmcode einfließen lassen. Daher ist die Steuerungssoftware für Roboter sehr lang und kompliziert. Aber warum macht man es sich nicht viel einfacherer und steuert einen Roboter per Fernbedienung? Weil das in bestimmten Situationen nicht geht.

Roboter erkunden fremde Planeten

Einen Mars-Roboter kann man nicht mit dem Joystick fernsteuern. Die Übertragung der Bilder und der Befehle würde zu lange dauern. (Quelle: Johannes Gutenberg Universität Mainz)

So sind Roboter bereits – im Gegensatz zum Menschen – auf dem Mars gelandet. Mit bestimmten Werkzeugen und einer Videokamera ausgestattet, haben sie dort die Umgebung erkundet und Gesteinsproben genommen. Thomas Hillebrand erklärt den Kindern, dass Funkwellen vom Mars zur Erde über drei Minuten unterwegs sind. Fernsteuern kann man ihn deshalb nicht. Wenn der Roboter nämlich zum Beispiel auf einen Abgrund zufahren und das passende Bild zur Erde funken würde, könnte die Zentrale nicht rechtzeitig reagieren.

Bis das Funksignal auf der Erde angekommen und der Befehl "sofort umdrehen!“ den Marsroboter erreicht hätte, wären sechs Minuten vergangen. Bis dahin wäre der Roboter längst abgestürzt. Also haben Programmierer den Mars-Robotern beigebracht, selbst Entscheidungen zu treffen. Damit das im Weltall auch möglichst lange funktioniert, werden derartige Roboter durch Solarzellen mit Strom versorgt.

Baue deinen eigenen Roboter!

Roboter spielen heute schon in eigenen Ligen Fußball. (Quelle: RoboCup Federation)

Am Ende der Vorlesung ermunterten die Professoren die Nachwuchs-Wissenschaftler, selbst einmal kleine Roboter zu bauen. Das sei mit Hilfe von Spielzeugen wie zum Beispiel Lego Technik oder Fischertechnik nicht besonders schwer. Deinen selbst gebauten Roboter kannst du fernsteuern und in Robo-Fußball-Turnieren einsetzen. Es gibt dafür eigene Roboterfußball-Ligen und sogar eigene Weltmeisterschaften mit Wettbewerben für Kinder und Jugendliche.

Natürlich musst du deinem Roboter nicht unbedingt Fußballspielen beibringen. Wenn du eine andere clevere Idee hast, wie Roboter den Menschen den Alltag erleichtern können, dann kannst du deine Idee bei Wissenschafts-Wettbewerben einreichen. Dort bekommst du dann auch Tipps, wenn du mal nicht weiter weißt. Einige dieser Wettbewerbe sind unter diesem Beitrag als Linktipp zu finden.

Vergiss nicht, dir oben rechts die Bildergalerie mit den Fotos von vielen Robotern anzusehen!

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letzte Aktualisierung: 24.01.2010

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