Helfende Roboterhände

Das innovative Bett der Münchener Firma Reactive Robotics erregte viel Aufmerksamkeit, doch die meistbesuchte Attraktion der Ausstellung war ein mannshoher Roboter namens Garmi, der mit seinen gelenkigen Armen ein vor ihm platziertes Bierfass umfasste. Geschickt zapfte Garmi ein Bier nach dem anderen und reichte die Getränke den Besuchern, die bei ihm Schlange standen. Seinen Kopf zierte ein bayerischer Trachtenhut, der Bildschirm auf seinem runden Gesicht zeigte mal große runde Augen, mal ein schelmisches Zwinkern.

Natürlich steckt hinter diesem Roboter weit mehr als die Imitation einer Bierzelt-Bedienung. „Garmi kann ältere Menschen auf vielfältige Weise unterstützen, in ihrem Alltag zu Hause ebenso wie Pflegekräfte bei ihrer Arbeit oder auch Ärzte über Telemedizin“, erläutert Abdeldjallil Naceri, der die technische Entwicklung und die Erprobung des humanoiden Serviceroboters leitet. Der Startschuss für das Geriatronik-Projekt fiel schon 2019 am Institut für Robotik und maschinelle Intelligenz der Technischen Universität München (MIRMI). In Garmisch-Partenkirchen, dem für Garmi namensgebenden Ort, werden seither der Roboter und andere Assistenzsysteme im Labor und in einer Testwohnung mit Senioren weiterentwickelt.

Ein einzigartiger Forschungscampus

Bald soll hier in einem Projekt der TU München, der Caritas und der örtlichen LongLeif-Stiftung ein weltweit einzigartiger Campus entstehen, der sich auf Geriatronik fokussiert und eng mit praktischen Anwendungen verknüpft ist. „Gemeinsam planen wir neben der Einrichtung von 200 bis 300 Studienplätzen auch Wohnungen mit Tages- und Langzeitpflege für über 200 ältere Menschen“, sagt Eckehard Steinbach, der im Vorstand des MIRMI für die Infrastrukturprojekte verantwortlich ist. „Am Campus Garmisch-Partenkirchen soll ein ganzes Ökosystem wachsen, mit Ausbildungsplätzen und Werkstätten bis zu Start-ups für technologische Innovationen.“

Zudem ist ein Masterstudiengang für Geriatronik in Vorbereitung. „Wir wollen damit Ingenieure und Informatiker ansprechen, die sich für den Gesundheitssektor interessieren, aber auch Sozialwissenschaftler, die mit Robotikern und Experten für Künstliche Intelligenz (KI) zusammenarbeiten möchten“, erläutert Steinbach. Die ersten Professuren werden gerade besetzt, Interimsgebäude angemietet und Testwohnungen aufgebaut. Doch bis der Campus vollendet ist, dürften noch rund zehn Jahre vergehen.

Sicherer Griff nach der Tasse

Garmi hat inzwischen schon eine beachtliche Reife erlangt. Der Roboter kann älteren Menschen mit seinen kräftigen Armen beim Aufstehen helfen, Türen öffnen, Getränke bringen und Essen servieren, Texte aus Briefen und Zeitungen vorlesen oder bei Reha-Übungen unterstützen. Damit der Roboter ähnlich wie ein Mensch greifen kann, hat er nicht nur zwei Arme mit je sieben Gelenken und künstlichen Händen, sondern auch Laserscanner und 3D-Kameras. Wenn die ein Objekt – etwa eine Tasse – wahrnehmen, ergänzt ein System mit Künstlicher Intelligenz die nicht sichtbaren Bereiche, indem es das Gesehene mit bekannten Bildern vergleicht. So rekonstruiert Garmi die wahrscheinliche räumliche Form der Tasse und kann schneller den Henkel finden, um sie zuverlässig zu greifen.

Damit nicht genug: Ärzte können aus der Ferne auf Wunsch der Senioren sogar die Steuerung des Roboters übernehmen, um etwa den Blutdruck zu messen oder eine Ultraschall-Untersuchung vorzunehmen. Im Prinzip könnte das Garmi auch eigenständig tun, aber schon aus haftungsrechtlichen Gründen muss ein Arzt involviert sein: „Die meisten Menschen wollen außerdem ihren Arzt sehen und mit ihm sprechen – und sei es nur auf dem Bildschirm des Roboters. Das erhöht die Akzeptanz enorm“, sagt Chefentwickler Naceri.

Teletraining für Garmi

Außerdem bekommt der Arzt über die Fernbedienung des Roboters eine physische Rückmeldung, wie stark er etwa den Ultraschallkopf gerade auf die Bauchdecke presst. Das richtige Gefühl dafür zu entwickeln, hat noch kein Roboter erreicht. „Künftig soll Garmi für seine Fünffingerhand zwar auch taktile Sensoren bekommen, doch die sind eher zum Messen der besten Kräfte bei Reha-Übungen gedacht“, sagt Naceri. Dazu leiten Physiotherapeuten aus der Ferne den Roboter an, und Garmi kann die gelernten Übungen dann mit den Senioren selbstständig wiederholen. Das spart den Betreuern viel Zeit, weil sie nicht jedes Mal vor Ort sein müssen. Zugleich können sie die Erfolge anhand der Roboterprotokolle nachvollziehen.

Wie sich der Roboter möglichst sicher betreiben lässt, haben die Forscher ausgiebig in Simulationen getestet. Dafür versetzten sie Menschen ebenso wie Garmi als digitale Zwillinge in virtuelle Welten. Wie sich der Roboter bewegen muss, damit es nicht zu Zusammenstößen kommt, lässt sich so gefahrlos ausprobieren und anpassen. Zudem kommt eine präzise Sensorsteuerung zum Einsatz, denn die Kraftsensoren in den Roboterarmen registrieren auch kleinste Berührungen.

Stößt ein Mensch versehentlich gegen den Arm des Roboters, bleibt dieser innerhalb einer Millisekunde stehen. Mit den Fachleuten der Caritas stellt Naceris Team derzeit eine Liste von Fähigkeiten zusammen, über die der Roboter verfügen soll, damit er Pflegekräfte bestmöglich unterstützen kann. „Hey, Garmi, kannst du bitte die Bandage vorbereiten? Die Einlagen bringen? Beim Aufstehen helfen? Das könnten typische Situationen sein“, sagt Naceri. „Denn wir wollen vermeiden, einen Roboter zu entwickeln, der irgendwann in der Ecke landet, weil er unnütz ist, in der Praxis nicht funktioniert oder nicht akzeptiert wird.“

Was den Forschern in den letzten beiden Jahren sehr geholfen hat, sind die rasanten Fortschritte von Sprachmodellen wie ChatGPT. Ob auf Deutsch, Englisch oder Chinesisch – das Sprachverständnis der Maschinen hat sich enorm verbessert. Außerdem lassen sich nun ganze Handlungsfolgen in einem Satz zusammenfassen, etwa: „Starte die Reha-Übung“ oder „Hole aus der Küche ein Glas Wasser“. Auch Ermahnungen wie „Langsamer bitte, damit es nicht überschwappt“ seien früher bei der Kommunikation mit Robotern nicht möglich gewesen, meint Naceri. Heute dagegen sei das kein Problem mehr.

Kulleraugen für den Sozialkontakt

Wie nützlich Dialogsysteme wie ChatGPT in der Altenpflege bereits sind, konnten die Teilnehmer des Geriatronik-Gipfels zudem mit dem Roboter Navel ausprobieren, der im Vergleich zu Garmi fast kindlich anmutet. Er wiegt nur acht Kilogramm und wirkt mit übergestülpter Woll-Strickmütze und großen Kulleraugen sofort sympathisch. Das soll er auch, denn er ist als sozialer Roboter konzipiert. Er soll weder schwere Lasten heben noch Senioren beim Essen bedienen, sondern einfach mit alten Menschen reden. Dank Kameras und kluger Bildverarbeitung erkennt Navel Gesichter, er sucht Blickkontakt zu den Menschen und kann ihre Mimik sowie Emotionen gut einschätzen: Zuwendung, Freude und Erstaunen nimmt das kleine Kerlchen ebenso wahr wie Wut oder Aggressionen.

„Besonders attraktiv an diesem Roboter ist, dass seine Augen nicht nur über kleine Displays dargestellt werden, sondern dass es vor diesen Displays noch 3D-Linsen gibt, die das Bild nach vorne projizieren. So entsteht der Eindruck echter dreidimensionaler Augäpfel“, erklärt Claude Toussaint, der Gründer von Navel Robotics. „Das ist wichtig für einen realistischen Blickkontakt. So ein System für die nonverbale Kommunikation hat kein anderer Roboter weltweit.“

Dialoge im Dialekt

Navel lächelt auch sehr gewinnend, bewegt den Mund lippensynchron, und er ist ein wahres Sprachgenie: Er erinnert sich an Details aus früheren Gesprächen und kann dank ChatGPT auch dann noch sinnvolle Dialoge führen, wenn er nicht alles verstanden hat. Denn irgendetwas bleibt meist doch hängen, und mit einem Bezug zu vorherigen Sätzen kann der Roboter die Unterhaltung weiterführen – sogar mit Dialektfärbung. „Navel kommt mit Schwäbisch oder Bayerisch ganz gut zurecht und wird bald auch einige europäische Fremdsprachen beherrschen“, sagt Toussaint. „Gerade in Pflegeheimen ist das von Bedeutung, weil bei Heimbewohnern wie auch bei Pflegekräften die Muttersprache oft nicht Deutsch ist.“

Doch das Wichtigste ist bei jeder Unterhaltung: Navel kann die alten Menschen bei den Themen abholen, die ihnen Spaß machen. „Er kann über alles sprechen, von Rezepten mit Eierlikör über alte Automarken bis zu den Romanen von Thomas Mann oder Reisen zu exotischen Zielen“, sagt Toussaint schmunzelnd. „Oft finden die Senioren in den Heimen ja niemanden, mit dem sie sich über das austauschen können, bei dem sie sich gut auskennen.“

ChatGPT macht es möglich. Allerdings: Wer solche Sprachmodule schon einmal ausprobiert hat, weiß auch, warum Toussaints Entwicklerteam über sogenanntes Prompt Engineering die Randbedingungen der Gespräche im Voraus festlegt. „Wir müssen den Roboter bremsen“, erklärt er. „Navel darf nicht über jedes Thema sprechen, und er darf nicht langweilen. Er soll schließlich die Senioren zum Reden bringen und nicht ständig selbst quatschen.“

Befragungen bei Pflegekräften und Bewohnern bestätigen, dass das Konzept funktioniert. Navel wirke empathisch, heißt es da, er sei nie genervt und er kommuniziere immer positiv und aufbauend – ein wichtiger Faktor für soziale Kontakte. Erste Studienergebnisse der Medizinischen Hochschule Hannover deuten sogar darauf hin, dass sich bereits nach sechs Wochen Interaktion mit dem Roboter die kognitiven Fähigkeiten von Demenzkranken verbessert haben. Auch in solchen Unterhaltungen kann sich der Roboter anpassen und beispielsweise in eine einfache, leicht verständliche Sprache wechseln, wenn er weiß, dass er Alzheimerpatienten vor sich hat.

Bereits heute kurven Navel-Roboter durch mehrere Pflegeheime. Bald sollen sie vollständig autonom unterwegs sein und die Bewohner dank Gesichtserkennung auch mit ihren Namen ansprechen können. „Die Bedienung durch die Pflegekräfte ist simpel, eine kurze Schulung von zwei Stunden reicht. Und Updates lassen sich einfach herunterladen“, sagt Toussaint. „Noch 2025 wollen wir mit Navel in Serie gehen.“ Dann fahren womöglich bald Hunderte kleiner Roboter in Seniorenheimen, Pflegeeinrichtungen und vielleicht auch in Kinderabteilungen von Krankenhäusern herum. Dort könnten sie die Menschen durch Gespräche aufmuntern und mit ihrem sympathischen Auftreten die Stimmung heben.

Wie solche Maschinen akzeptiert werden, wird der entscheidende Faktor für Erfolg oder Misserfolg sein. Das bestätigt auch Garmi-Entwickler Naceri: „Das positive Feedback, das uns am meisten überraschte, bekamen wir, als der Roboter beim Ski-Weltcup 2022 in Garmisch-Partenkirchen die jeweiligen Landesfahnen schwenkte und die Trophäen überreichte.“ Damit bewies Garmi nebenbei auch, dass er selbst bei kalten Januartemperaturen im Freien funktioniert. „Medien aus aller Welt berichteten darüber“, erinnert sich Naceri und lacht: „Unser autonomer Roboter hat sogar das Abfahrtsrennen in den Schatten gestellt.“