Zum Gruseln menschlich

Lustig funkelt Albert Einstein sein Gegenüber an, grinst oder zieht die Augenbrauen zusammen. Seine langen Haare umrahmen gewohnt wuschelig sein faltiges Gesicht. Gleich wird der freche Physiker die Zunge unter dem buschigen Schnurrbart herausstrecken … Der Anblick ist täuschend realistisch. Doch „Albert Hubo” ist ein Roboter – mit einer Haut aus Kunststoff, einer mechanischen Muskulatur und einem digitalen Gehirn. Darauf legt sein Schöpfer David Hanson großen Wert. Denn ein menschliches Gesicht, ist er überzeugt, verleiht einem Roboter eine Persönlichkeit. Das soll es den Menschen leichter machen, mit ihm umzugehen. Entsprechend viel Arbeit verwendet Hanson auf die Gestaltung des Einstein-Imitats und seiner robotischen Geschwister, etwa des sprachgewandten „Jules”, des einäugigen Piraten „Yargh”, des robotischen Schriftsteller-Imitats Philip K. Dick. Und des coolen Rockers „Joey Chaos”: Er entstand aus einer Studie, bei der Gesichter von etwa 1000 Menschen gescannt und daraus ein Mittelwert generiert wurde – das „perfekte” menschliche Antlitz.

Um ein Gesicht zu gestalten oder nachzubilden, bedarf es eines intensiven Studiums der menschlichen Gesichtszüge. Weil er herausfinden wollte, wie Muskeln, Bänder und Sehnen funktionieren, stand Hanson anfangs stundenlang vor dem Spiegel und zog Grimassen. Für seine Robo-Porträts Albert Hubo und Dick studierte er zudem sehr genau die Vorbilder, besorgte sich Fotos und analysierte Gesichtszüge. Er kritzelte Skizzen auf die Fotos und vermaß akribisch die Details. Dabei vertraute Hanson lieber seiner Fantasie als einem Computer und setzte allein auf die Kraft seiner Vorstellung. Die nötige Expertise dazu hat er: Vor seinem Studium der Kognitionswissenschaft besuchte Hanson die Rhode Island School of Design und baute danach mehrere Jahre lang Figuren für Themenparks von Universal und Disney. Inzwischen führt er ein eigenes Unternehmen, Hanson Robotics, im texanischen Silicon Valley: der Region um Dallas, wo viele Hightech-Unternehmen ihren Sitz haben.

Doch Gesichtszüge zu analysieren ist nur der erste Schritt. Der nächste und entscheidende ist, die Erkenntnisse in ein reales Robotergesicht umzusetzen. Schon bald stellte Hanson fest, dass ihm ein geeigneter Kunststoff fehlte, um die menschlichen Gesichtszüge darzustellen. Urethan, aus dem die Figuren in Themenparks wie Eurodisney und Fantasialand hergestellt werden, eignete sich nicht für die kleinen Servomotoren, mit denen Hanson ein Lächeln auf die Robotergesichter zaubern oder sie die Nase rümpfen lassen wollte. Denn seine Figuren sollten sich sparsam betreiben lassen – anders als die Vorbilder in den Themenparks, die bis zu drei Kilowatt verbrauchen.

Haut voller Luftblasen

Leicht und flexibel sollte die künstliche Haut sein, damit die kleinen Motoren aus dem Bastlerladen um die Ecke damit zurecht kommen. Ein geeignetes Material fand Hanson, indem er in seinem Badezimmer Tausende verschiedener Kunststoffmixturen testete. Dabei stieß er auf ein geschäumtes, synthetisches elastisches Polymer, das er „Frubber” nannte. Unter dem Mikroskop betrachtet gleicht es der Zellstruktur von menschlichem Gewebe – und es verhält sich auch so. „Es reflektiert das Licht wie menschliche Haut. Und es fühlt sich an wie Haut”, schwärmt Hanson. Der einzige Unterschied: Das Körpergewebe des Menschen besteht hauptsächlich aus Flüssigkeit, Frubber dagegen aus Luft. Das Material besteht zu etwa zwei Dritteln aus Luftblasen, deren Größe variabel ist. Es hat eine geringere Dichte als herkömmliche geschäumte Elastomere, die in der Industrie verwendet werden, und ist entsprechend leicht verformbar. Um die Stirn des künstlichen Einsteins in Falten zu legen, reichen acht kleine 1,5-Volt-Batterien. Hanson modellierte dann eine Gussform, in die er das Elastomer goss.

Drähte und Kupplungen im Kopf

Danach mussten die Roboterbauer ein mechanisches System ersinnen, das den Gesichtsausdruck des Vorbilds genau umsetzt. Es galt, ein Gerüst für den Schädel zu bauen sowie ein mechanisches System zu konstruieren und darauf anzubringen, das Lächeln, Stirnrunzeln oder Augenrollen auf das künstliche Gesicht überträgt. Die Lösung des Problems: In Albert Hubos Kopf arbeiten 33 kleine Servomotoren, die über Kupplungen, Drähte, Gelenke und Hebelarme Kraft auf kleine Anker in der künstlichen Haut übertragen und diese so verformen, dass der Roboter genauso lächelt, wie es der echte Einstein getan hat. Eine Arbeit, die viel Zeit und vor allem viel Geduld erfordert. Reichlich Tüftelei war nötig, zudem etliche Zugkraft-Diagramme, Zeichnungen und Modelle, bis Albert Hubo endlich in der bekannten Manier seine Mundwinkel verzog. „Das ist wie ein dreidimensionales, mechanisches und künstlerisches Puzzle”, beschreibt es Hanson – und verbessert sich gleich: „Eigentlich ein vierdimensionales Puzzle: Man stellt eine Skulptur her, die sich mit der Zeit verändert.” Was das Ganze vereinfachen könnte, wären künstliche Muskeln aus elektroaktiven Polymeren, die ihre Form ändern, wenn man eine elektrische Spannung anlegt. Mithilfe dieser Aktoren ließe sich das Mienenspiel deutlich realistischer und vor allem einfacher nachbilden, sagt Hanson. Es gebe zwar schon recht vielversprechende Prototypen, aber an eine baldige Umstellung auf die neue Technologie glaubt er nicht.

Die konventionellen Motoren sind zuverlässig, einfach und günstig herzustellen, außerdem leicht erhältlich, und man weiß, womit man arbeitet. Die künstlichen Muskeln müssen also besser werden als die Motoren, um sich gegen diese durchsetzen zu können. Und das kann noch gut fünf bis zehn Jahre dauern, glaubt Hanson. Bislang ist der Roboterkopf deshalb erst eine Skulptur aus Elastomer mit einem Gerüst und viel Mechanik. Was noch fehlt, ist ein System, das diese Mechanik steuert und darüber hinaus mit einer gewissen Intelligenz ausgerüstet ist.

Die RECHTE Miene zur rechten Zeit

„Die Roboter sollen nicht nur das richtige Gesicht ziehen – sie sollen es auch zum richtigen Zeitpunkt tun”, betont Hanson. „ Dazu braucht man Spracherkennung, -verarbeitung und -synthese. Und man braucht eine computergestützte Gesichtserkennung sowie ein ausgefeiltes Bewegungskontrollsystem, das die Augen des Roboters im Gesicht ausrichtet”, erklärt der Forscher. Ein solcher Roboter ist also ein komplexes integriertes System. Seine Steuerung übernimmt eine Software: Die Motoren etwa werden durch ein Programm für Computeranimationen für Filmfiguren gesteuert. Künstliche Intelligenz (KI) verleiht dem Roboter eine Persönlichkeit – ein individuelles und scheinbar intelligentes Verhalten. Und sie steuert seine Interaktion mit dem Menschen – sorgt also etwa dafür, dass der Roboter lächelt, wenn er einen Menschen sieht und dass er Personen, denen er schon einmal begegnet ist, wiedererkennt. Allerdings reagiert der Roboter bisher mit einstudierten Gesten und Sätzen auf Stichworte. Und seine künstliche Intelligenz erkennt nicht, wenn der menschliche Gesprächspartner einen Witz macht. Dazu müsste der Programmierer, der die „Persönlichkeit” kreiert hat, die Pointe in die Datenbank aufgenommen haben. Wortwitz kann man von Hansons Geschöpfen also nicht erwarten. Für einfache Unterhaltungen reicht seine künstliche Intelligenz aber allemal. „Wichtig ist, dass der Roboter die Aufmerksamkeit des Gesprächspartners nicht verliert”, betont Hanson. Dann kann er etwa Kindern Geschichten erzählen, mit ihnen spielen oder ihnen etwas beibringen.

Der Dialog mit dem Roboter gleicht einem Gespräch mit jemandem, der nicht ganz da oder nur halb wach ist, erzählt David Hanson mit einem Schmunzeln. Doch das ist ein gewaltiger Fortschritt gegenüber dem Dialogsystem „Eliza”, der Urmutter künstlich intelligenter Maschinenwesen, die der Computerpionier Joseph Weizenbaum 1966 vorgestellt hat. Eliza simulierte Intelligenz, indem sie Aussagen ihres menschlichen Gesprächspartners einfach in eine Gegenfrage umformulierte. Das erweckte den Eindruck von Verständnis und tiefer gehendem Interesse. Die Gespräche erinnerten an den Dialog zwischen einem Psychologen und seinem Patienten. Da lag es für Weizenbaum nahe, eine zweite Version von Eliza namens „Doctor” zu programmieren, die genau diese Situation simulierte. Wie sich zeigte, nahmen einige Probanden den Computer sehr ernst und entwickelten zu ihm eine Beziehung wie zu einem Therapeuten – obwohl sie wussten, dass sie mit einer Maschine redeten.

Doch das lebensechte Aussehen von Albert Hubo, Yargh und Dick macht die Blechkameraden nicht unbedingt sympathisch. „Uncanny Valley” (auf Deutsch etwa: „Das unheimliche Tal”) heißt eine Theorie, die besagt, dass ein allzu humanes Aussehen oder Verhalten von Maschinen die Menschen eher veranlasst, sie abzulehnen. Das „Tal” bezeichnet einen deutlichen Einbruch in einer Kurve, die die Akzeptanz nichtmenschlicher Wesen beschreibt. Danach steigt die Akzeptanz von Robotern zunächst an, wenn sie sich von abstrakten Produktionsmaschinen hin zu Humanoiden mit menschenähnlichem Aussehen und Bewegungen entwickeln. Doch ab einem bestimmten Punkt in der Kurve der Vermenschlichung fällt die Akzeptanz plötzlich schroff ab – und zwar unter das Niveau von bloßer Neutralität: Sie weicht einem Gefühl von Unbehagen bis hin zu vehementer Ablehnung. Das gilt für Roboter genauso wie für andere künstliche Gestalten, etwa Avatare (siehe bild der wissenschaft 6/2002, „Gott auf Erden”), die Wachsfiguren von Madame Tussaud in London oder animierte Menschen in Computerspielen oder Filmen. So bekam der komplett computeranimierte Film „Final Fantasy: Die Mächte in dir” aus dem Jahr 2001 schlechte Kritiken ausdrücklich für die Darstellung der Menschen als Computerfiguren. Demnach erwarten die meisten Menschen in dem Moment, wo ihnen die künstlichen Wesen in einem gewissen Maße ähnlich sehen, auch humane Verhaltensweisen. Sie stören sich dann selbst an kleinen Abweichungen von der Normalität.

SCHLECHTES Design MACHT UNBELIEBT

Für Hanson ist diese Theorie, die der japanische Robotiker Masahiro Mori im Jahr 1970 formulierte, und die sich auf Ernst Jentsch („Zur Psychologie des Unheimlichen”, 1906) und Sigmund Freud („Das Unheimliche”, 1919) bezieht, nichts als ein Dogma. Und zwar eines, das Wissenschaftler davon abhält, sich mit Robotern mit menschlichen Gesichtern auseinanderzusetzen. Für Hanson sind abweisende Reaktionen der Menschen die Folge vom schlechten Design der Roboter. Etwa 20 verschiedene Robotergesichter hat Hanson gebaut, seit er 1995 während des Studiums an der Rhode Island School of Design das erste, ein Selbstporträt, entwarf. Und jedes künstliche Antlitz konnte mehr als sein Vorgänger. Inzwischen ist der Gestalter mit seiner Arbeit zufrieden: „Wir haben es vielleicht nicht perfekt hinbekommen”, sagt Hanson über die Einstein-Nachbildung. „Aber ich denke, wir sind dem Original ziemlich nahe gekommen.”

Tatsächlich sind die anthropomorphen Gesichter einzigartig auf dem blühenden Robotermarkt. Bei der Produktion von Autos oder Haushaltsgeräten in großen Fabrikhallen machen sich die Maschinenwesen längst als unermüdliche Arbeiter ohne Urlaubsanspruch nützlich. Auch im Haushalt sind sie vereinzelt schon zugange, wie der von Electrolux ersonnene robotische Staubsauger „Trilobite”. Doch die Maschinenmenschen, die inzwischen aus den Entwicklungslabors drängen, verfügen noch über ganz andere Fähigkeiten. Einige sind sogar ausgesprochen feinsinnig, wie der Roboter, den der Autobauer Toyota Ende 2007 präsentiert hat: Er kann auf der Geige einen Marsch aus „Pomp and Circumstances” des englischen Komponisten Edward Elgar spielen. Doch eines haben alle Roboter bislang gemeinsam: Sie sind unpersönliche Gestalten. Allenfalls verfügen sie, wie der Roboter „Mr. Personality” des Hongkonger Herstellers WowWee, über ein Gesicht in Form eines kleinen Bildschirms. Doch die meisten sind – wie „Asimo” von Honda und Toyotas Robo-Musiker – in klinischem Weiß gehalten, und anstelle eines Gesichts haben sie ein simples Visier. Man fühlt sich bei ihrem Anblick an Neil Armstrong beim Ausstieg aus der Apollo-Kapsel erinnert. Und das ist nicht das Antlitz, in das man morgens blicken möchte, wenn der Robo-Butler das Frühstück aufträgt.

Auch Sonys niedlicher, aber blechern wirkender Computerhund Aibo lud nicht gerade zum Kuscheln ein. Genau das jedoch sollte ein Roboter für Kinder tun. Um mit dem Teddybär zu konkurrieren, reicht Intelligenz nicht aus. Der Roboter muss auch knuddelig sein und sich sozial verhalten können. David Hansons neueste Kreation kann das: „Zero” sieht aus wie ein frecher kleiner Junge und benimmt sich auch so. Er ist neugierig, bemüht sich um Zuwendung und reagiert auf Lob oder Tadel durch seinen Besitzer. Er soll den Weg bereiten für das, was Hanson „Conversation Character Robots” nennt – Roboter mit einer Persönlichkeit und der Fähigkeit zu sprechen. Dabei sind auch handfeste wirtschaftliche Interessen im Spiel: Viele Wissenschaftler sind überzeugt, dass soziale Roboter in einigen Jahren oder Jahrzehnten einen wichtigen Platz im Leben der Menschen einnehmen werden: nicht nur bei der Kinderbetreuung, sondern auch im Haushalt oder in der Pflege alter Menschen. In Zahlen ausgedrückt: Analysten schätzen den Markt für persönliche Roboter aller Art im Jahr 2015 auf rund 10 Milliarden Euro. Natürlich will auch Hanson ein Stück von diesem Kuchen abhaben. „Zeno” soll ihm den Zugang zu dem aufblühenden Markt sichern. Waren die bisherigen Roboter noch unbezahlbare oder unverkäufliche Prototypen, soll der nächste Hanson-Roboter ein Massenprodukt werden: Für rund 250 Dollar, verspricht Hanson, wird man Zeno ab 2009 kaufen können – als Spielkameraden für Kinder.

Fünf Jahre Entwicklungsarbeit stecken in dem kleinen Kerl, den sein Schöpfer der japanischen Fernsehfigur „Astro Boy” nachempfunden hat, und jede Menge modernste Technik: Zenos Gehirn ist eine KI-Software, die ursprünglich für den Film „Der Herr der Ringe” entwickelt wurde und nun an den Roboter angepasst ist. Das Gehirn ist ist dabei ausgelagert: Das Programm läuft auf einem Computer, mit dem Zeno per Funk in Verbindung steht. Genauso hält der Roboter Kontakt zum Internet. Dank der lernfähigen Software in seinem Kopf soll der knapp einen halben Meter große Roboter mit der Zeit immer schlauer werden. Er erkennt seine Umwelt und die Menschen in ihr wieder, und er entwickelt dadurch sogar so etwas wie soziale Kompetenz. Je intelligenter Zeno wird, so Hansons These, desto unterhaltsamer wird er auch. Und desto lieber hören ihm die Kinder zu, etwa wenn er Geschichten erzählt. Hanson sieht den kleinen Roboter als eine Art Familienmitglied – als Spielzeug und Babysitter zugleich: „Man kann mit ihm kuscheln wie mit einem Teddybär, zugleich ist er so animiert wie eine Disneyfigur – und er antwortet dem Kind auf seine Fragen”, schwärmt der Roboter-Schöpfer.

Blechkamerad mit Gefühl

Doch das ist bloß der Anfang. Vielleicht in 15 bis 20 Jahren werden Roboter sogar über eine eigene Intelligenz verfügen, glaubt Hanson. Sie werden Selbstbewusstsein haben und ihre Umwelt bewusst wahrnehmen, sie werden Probleme erkennen und kreative Lösungen entwickeln – und sie werden über Empathie und Sympathie verfügen. „Dann werden wir die Roboter als eigenständige Wesen betrachten”, prophezeit Hanson. Und nicht nur das: „Ich sehe einen entscheidenden Unterschied zwischen jedem anderen technologischen Trend der Vergangenheit und diesem: Intelligente Maschinen können andere Maschinen intelligenter machen. Und je intelligenter die Maschinen werden, desto mehr können sie selbst Intelligenz – vor allem kreative Intelligenz – zum Design neuer intelligenter Maschinen beisteuern.” Doch das birgt auch Gefahren. Den Großteil der Robotik-Forschung betreiben die Militärs. Wer aber will schon intelligente Maschinen, die nur darauf getrimmt sind, Schaden anzurichten, zu zerstören oder Menschen zu töten? Das klingt verdächtig nach dem Terminator, der humanoiden Killermaschine aus den Filmen von James Cameron. „Es ist wichtig, eine freundliche künstliche Intelligenz zu entwickeln”, sagt David Hanson, „die nach dem sozial Guten sucht.” ■

WERNER PLUTA (links) ist Wissenschafts- und Technikjournalist in Hamburg. Er ist gespannt, welche Fähigkeiten Roboter künftig noch erwerben werden. Für die Produktion der Fotos besuchte VOLKER STEGER (rechts) das Labor von David Hanson.

von Werner Pluta