Ein Wink genügt

Wenn Roboter mit Menschen kooperieren, müssen die Maschinen wissen, wie Menschen ticken – und sich deren Verhalten anpassen. Wenn Sandra Hirche am Morgen in ihr Büro in der Barer Straße in München kommt, führt sie der Weg vorbei an einem Zoo von Maschinenwesen: Kleine Automaten tänzeln leise surrend durch das Central Robotics Laboratory, daneben stehen mannsgroße Roboter, die vor Kraft zu strotzen scheinen und offenbar auf eine fordernde Aufgabe warten. Meist sind schon einige Studenten im Labor, die mit den Geräten experimentieren: An einem Auto üben ein Jungforscher und ein Roboter Hand in Hand einen Reifenwechsel, wenige Schritte weiter treten Studierende im Billard gegen einen fingerfertigen und treffsicheren Automaten mit menschenähnlicher Gestalt an. Was auf der kreativen Spielwiese in den Labors der Technischen Universität München (TUM), Teil des interdisziplinären Forschungscluster CoTeSys, bereits Realität ist, soll künftig auch in Haushalten, Pflegeheimen und Handwerksbetrieben zum Alltag gehören: ein kooperatives Miteinander von Menschen und von Maschinen, die ihnen als flexible Helfer zur Hand gehen. Intelligente Packesel Forscher wie die Ingenieurwissenschaftlerin Sandra Hirche, Professorin am TUM-Institut für Steuerungs- und Regelungstechnik und Mitglied im Vorstand von CoTeSys, und ihre Mitstreiter wollen aus stupiden Arbeitsknechten sensible, schlaue und anpassungsfähige Assistenten machen, die Menschen in unterschiedlichen Situationen unterstützen und entlasten. „Sie könnten etwa als ein intelligenter Packesel beim Befördern von schweren Lasten in der Produktion oder am Bau dienen”, sagt Hirche – nicht, wie heute die Industrieroboter, in einem stählernen Käfig vor Menschen abgeschirmt, sondern gemeinschaftlich mit ihren menschlichen Meistern. Auch als Butler sollen sich Serviceroboter künftig nützlich machen und beim Kochen, Putzen oder Ausräumen der Spülmaschine helfen – oder zur Unterstützung der Pflegekräfte alten und gebrechlichen Menschen beim Umbetten oder Waschen buchstäblich unter die Arme greifen. Bei solchen Aufgaben dürfen sie nirgends anecken und niemandem wehtun. Zunächst geht es darum, die Eigenheiten des menschlichen Verhaltens zu ergründen – um mit diesem Wissen das Wesen der Maschinen menschlicher zu gestalten. Beispielhaft dafür sind die Experimente von Tamara Lorenz im Central Robotics Laboratory der TUM: Die Ingenieurin, die kurz vor dem Abschluss ihrer Promotion in Psychologie steht, untersucht, wie sich Bewegungsabläufe verändern, wenn zwei Menschen interagieren. „Typisch dafür ist die Synchronisierung”, sagt sie: „Die beiden Partner bringen ihre Körperbewegungen allmählich in Gleich- oder Gegentakt, zum Beispiel beim gemeinsamen Tischdecken.” Das geht automatisch und weitgehend unbewusst. Und: Das Synchronisierungsprogramm des Menschen läuft wahrscheinlich auch ab, wenn das Gegenüber ein Roboter ist, fand Lorenz heraus. Zusammen mit ihrem Kollegen Alexander Mörtl hat sie den psychologischen Mechanismus in ein mathematisches Modell gepackt, das nun auf Roboter übertragen wird. Denn: Offenbar prägt dieser unbewusste Prozess ein harmonisches Zusammenwirken. „Damit Roboter als Helfer akzeptiert werden, müssen ihre Handlungen wie die von Menschen vorhersagbar sein”, schließt die Forscherin daraus – und will deshalb auch den Maschinen dieses Merkmal des Menschseins beibringen. Zweiergespann mit Gespür Um die Akzeptanz von robotischen Helfern geht es auch bei dem Versuch, Roboter so zu trimmen, dass sie Menschen bei einer gemeinsamen Tätigkeit intelligent unterstützen. Dazu ließen die Forscher Menschen mit einem Roboter einen Tisch tragen. Die Zweiergespanne hatten die Aufgabe, den Tisch rasch und ohne an Hindernissen anzuecken an ein vorgegebenes Ziel zu transportieren. Das Problem: Menschen haben bei dieser Aufgabe unterschiedliche „Komfortgefühle” – und sind daher für Roboter schwer einzuschätzen. Bei manchen Transporten ließen die Forscher im Team von Sandra Hirche den Roboter einen vorgegebenen Anteil – zum Beispiel die Hälfte – der für die Fortbewegung notwendigen Kraft ausüben, bei anderen variierte der maschinelle Träger seinen Kraftanteil, je nachdem, wie stark sein menschlicher Partner am Tisch zog oder schob. Dazu hatte das interdisziplinäre Forscherteam den Roboter mit Sensoren ausgestattet, um die menschliche Aktivität zu verfolgen. Und: Der Roboter kannte – anders als sein Partner – exakt den Weg zum gemeinsamen Ziel und drängte den Menschen am anderen Ende des Tisches gelegentlich mit sanftem Druck dorthin. Danach bewerteten die Forscher, wie effizient das ungleiche Paar beim Transport des Möbelstücks war und fragten die Testpersonen nach ihren Eindrücken. Das Resultat: Zwar waren die Probanden besonders angetan von der Hilfe, wenn der Roboter stets mit dem vorgegebenen Kraftanteil anpackte – doch am sichersten und schnellsten ließ sich der Tisch befördern, wenn der Roboter das Maß an Unterstützung immer wieder neu justierte und an den menschlichen Träger anglich. „Nun wollen wir das Verhalten des Roboters so austarieren, dass sich ein Optimum an Effizienz und Zufriedenheit erreichen lässt”, sagt Sandra Hirche. Roboter den richtigen Umgang mit Menschen zu lehren, ist eine Herausforderung. „Viele Dinge, die einem Menschen simpel oder selbstverständlich erscheinen, müssen einem Roboter erst einmal erklärt werden”, sagt Klaus Mainzer, Ordinarius am Lehrstuhl für Philosophie und Wissenschaftstheorie der TUM. So kann ein maschineller Lakai nur dann ordentlich den Tisch richten, wenn er weiß, was ein Löffel oder Teller ist und was für das Essen alles benötigt wird. Diese Kenntnisse lassen sich nicht programmieren. Stattdessen wird es künftig entscheidend sein, dass Automaten selbstständig lernen und Schlüsse aus Erfahrungen ziehen. Ihren menschlichen Herren muss es möglich sein, Roboter einfach und intuitiv anzuleiten – am besten so, wie sie auch einen Menschen in eine Aufgabe einweisen würden. Verständnis ohne Worte Das Ziel der Forscher ist, dass normale Sätze wie „Robbie, bring mir mal ein Glas Wasser!” genügen, um die Maschine zu animieren, oder einfache Gebärden wie ein Wink oder Fingerzeig. Zwei Menschen reicht meist eine bestimmte Mimik, um sich wortlos zu verständigen. So kann ein auffordernder Blick bedeuten: „Es kann losgehen, packen wir’s an!”, ein grimmiges Gesicht vermittelt den Wunsch: „Lass mich bitte in Ruhe”. Roboter, die mit Menschen interagieren, sollen sich künftig genauso leicht mit diesen verständigen können. Dazu brauchen sie nicht nur scharfe Sinne, um ihre Umgebung zu erkunden und ständig im Blick zu behalten. Sie müssen die menschliche Mimik und Gestik richtig deuten können und die dahinter steckenden Emotionen durchschauen. Und sie müssen zunächst erkennen, dass es sich bei ihrem Subjekt überhaupt um einen Menschen handelt. „Diese Fähigkeit bezeichnet man in der Wissenschaft als ‚Theory of Mind‘” , sagt Mainzer – die Fähigkeit also, andere und ihre Absichten zu verstehen und das eigene Verhalten daran anzupassen. „Roboter mit dieser Begabung auszustatten – und zugleich mit einer eigenen Sensibilität –, wird künftig das Forschungsziel Nummer eins in der Robotik sein. Das heißt nicht, dass sie unsere Gefühle besitzen werden, aber wenigstens eine Art von Sensibilität, um überhaupt mit uns zusammenleben zu können”, meint der TU-Wissenschaftler. Auch in umgekehrter Richtung ist die Theory of Mind von Bedeutung – bei der Frage, wie Menschen gegenüber Robotern eingestellt sind. „Wenn ein Serviceroboter neu in den Haushalt kommt, wird er zunächst viele Dinge lernen müssen”, sagt Hermann Müller, Lehrstuhlinhaber für Allgemeine und Experimentelle Psychologie an der Münchner Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) und auch an CoTeSys beteiligt. „Er wird am Anfang Fehler machen – und die Menschen müssen bereit sein, diese zu tolerieren und dem Roboter zu helfen.” Dazu ist es wichtig, ihn als soziales Wesen zu akzeptieren. „Die Basis dafür ist ein gemeinsamer Aufmerksamkeitsfokus von Mensch und Maschine”, erklärt Müller. „ Er ermöglicht soziale Interaktion und gemeinsames Handeln.” Affen vor dem Bildschirm Welche Voraussetzungen der Automat dazu erfüllen muss, dem geht Stefan Glasauer nach – unter anderem in Versuchen mit Weißbüschelaffen, einer südamerikanischen Affenart, deren soziales Verhalten dem des Menschen in vielerlei Hinsicht sehr ähnlich ist. CoTeSys-Forscher Glasauer ist Leiter des Zentrums für Sensomotorik an der neurologischen Klinik der LMU. Seine Mitarbeiterin Aleksandra Kupferberg unternahm gemeinsam mit Schweizer Wissenschaftlern am Anthropologischen Institut und Museum in Zürich Experimente, wobei den Affen diverse Videos vorgespielt wurden. Darin bewegten sich ein Artgenosse, ein tierähnlicher Roboter oder ein simpler Kasten zu einem Gegenstand hin. Danach brachten die Forscher diesen Gegenstand in die Nähe der Versuchstiere, die – genau wie sie es im Video gesehen hatten – auch dorthin liefen. Ein Kasten lässt die Tiere kalt Das Experiment klappte sowohl mit dem Filmchen eines Artgenossen als auch mit dem Clip, in dem ein vierbeiniger Roboter zu sehen war – nicht aber mit dem Video des sich bewegenden Kastens. „Damit Affen – und wohl auch Menschen – eine Maschine intuitiv als soziales Wesen akzeptieren, muss diese eine gewisse Grundähnlichkeit haben”, folgert Glasauer. „Wenn sich ein Roboter auf ähnliche Weise bewegt wie ein Mensch, kann man seine Bewegungen geistig nachvollziehen – und sich in die Maschine hineinversetzen.” Das ist zum Beispiel wichtig, um Bewegungen eines Roboters vorhersehen zu können und dadurch Kollisionen zu vermeiden. „Bei der Erforschung der Interaktion zwischen Mensch und Roboter erfahren wir Neues über den Menschen”, sagt der Neurowissenschaftler Stefan Glasauer – eine Erfahrung, die auch der Psychologe Hermann Müller gemacht hat: Er untersuchte, wie stark sich Menschen durch Blicke von anderen Menschen oder Robotern beeinflussen lassen, die in eine bestimmte Richtung schauen. Das Resultat: Die meisten Menschen sind deutlich weniger willens, den Augen eines Automaten zu folgen, als dem Blick eines menschlichen Gegenübers – mit einer Ausnahme: Probanden, die unter Autismus leiden, haben größeres Vertrauen in die Maschinen als in Mitmenschen. „Autisten haben Schwierigkeiten mit Abläufen, die nicht exakt vorhersehbar sind”, erklärt Müller. „Daher empfinden sie das Berechenbare an Maschinenwesen offenbar als wohltuend gegenüber der Launenhaftigkeit von Menschen.” Bei allen Bemühungen, Roboter einem Benimmkurs im Umgang mit Menschen zu unterziehen – „die hierarchische Ordnung mit dem Roboter als Diener des Menschen muss dabei stets gewahrt bleiben” , sagt Hermann Müller. Michael Zehetleitner, Psychologe und Mitarbeiter an Müllers Münchner Institut, betont: „Roboter allzu menschlich zu machen, kann nicht das Ziel sein, denn das hätte groteske Folgen.” Wer etwa wollte dann den Abschaltknopf seines maschinellen Butlers betätigen, wenn der ihn anfleht: „Bitte schalte mich nicht aus!” ■ RALF BUTSCHER ist Technikredakteur bei bdw. Hin und wieder wünscht er sich ein Roboter-Helferlein. von Ralf Butscher Kompakt · Roboter, die sich flexibel auf den Menschen einstellen, beschleunigen die Arbeit im Gespann mit ihm. · Besonders wichtig für maschinelle Helfer ist es, zu ahnen, was der Mensch weiter zu tun beabsichtigt. · Autisten haben mehr Vertrauen zu Robotern als zu anderen Menschen.