Ist das der Deep-Blue-Moment der Robotik? In der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Nature hat ein 49-köpfiges Team – überwiegend Forscher des Sony AI Labors in Zürich – ein Robotersystem vorgestellt, das Tischtennis spielen und dabei auch gegen sehr gute Spieler gewinnen kann. Das erinnert die Älteren vielleicht an den 10. Februar 1996, als der Spezialcomputer „Deep Blue“ aus dem Hause IBM den damaligen Schachweltmeister Garri Kasparov schlug. Damit hatte synthetisches Denken zumindest, aber immerhin, in dieser Königsdisziplin das Menschenhirn übertrumpft. Schlägt jetzt endlich die uns in der Science-Fiction schon seit fast einem Jahrhundert versprochene Stunde der synthetischen Motorik?
Zumal am selben Tag in Science Robotics die Publikation einer anderen Schweizer Arbeitsgruppe erscheint, diesmal bestehend aus drei Forschern des Idiap Research Institute der Ecole polytechnique federale de Lausanne. Sie beschreiben darin, wie es ihnen gelang, einem Roboter beizubringen, präzise mit verschiedensten kleinen Gegenständen jeweils anders gekrümmter Oberflächen umzugehen. So ist das freihändige Schälen krummer Früchte oder Kartoffeln – gar solcher mit teilweise konkaven Oberflächen – für Menschen völlig problemlos. Robotern aber fiel dergleichen bisher notorisch schwer.
Achte Gelenke, zwölf Kameras – und natürlich Künstliche Intelligenz
Nun hat Sport für die meisten Zeitgenossen einen höheren Unterhaltungswert als Küchenarbeit, weswegen das Staunen über den Züricher Pingpong-Roboter sicher überwiegt. Andererseits: spielen Roboter nicht schon seit Jahren oder gar Jahrzehnten Fußball, laufen Treppen oder dirigieren Orchester? Schon, aber nicht so gut wie Menschen. Zudem stellt Tischtennis die Ingenieure vor ganz besondere Herausforderungen: Hier muss die Maschine – wie beim Schach – auf den menschlichen Gegner reagieren, allerdings optisch durch das Verfolgen eines kleinen Balls hoher Geschwindigkeit.
Sonys robotischer Tischtennisspieler mit dem Namen „Ace“ verfügt daher nicht nur über einen computergesteuerten Arm mit acht Gelenken, sondern auch über ein Netzwerk aus insgesamt zwölf Hochgeschwindigkeitskameras, die den Ball über bewegliche Spiegel verfolgen und anhand eines aufgedruckten Logos seine Eigenrotation messen. Das Herzstück des Systems ist schließlich eine Künstliche Intelligenz, welche mit einer Computersimulation trainiert wurde.
Gegen frühere Tischtennis-Roboter habe man Amateure oder sogar nur Anfänger antreten lassen und oft auch Geschwindigkeit oder Drehimpuls des Balls auf unrealistische Parameterbereiche beschränkt, erklärt Sony AI in seiner Pressemeldung über die Nature-Veröffentlichung. Ace dagegen habe unter dem Regelwerk der japanischen Tischtennisliga gegen fünf erfahrene Spieler mit mindestens zehn Jahren Praxis und 20 Stunden Training pro Woche gespielt sowie gegen die beiden Profis Minami Ando und Kakeru Sone. Gegen die Elite-Amateure gewann der Roboter drei der fünf Matches, gegen die Profis gewann er zwar ein Spiel, verlor allerdings beide Matches.
Nun, auch Kasparov gewann 1996 trotz der einen verlorenen Partie am Ende das Turnier gegen Deep Blue. Doch bereits im darauffolgenden Jahr unterlag er dem Computer in der Gesamtwertung des Turniers aus sechs Partien. Es dürfte daher nur eine Frage der Zeit und der Trainingsdaten für Aces KI-System sein, bis eine solche Maschine auch Vollprofis an die Wand spielt. Die Frage ist aber, ob uns das irgendwie einer Zukunft näher bringt, in der die Robotik Auswirkungen auf den Arbeitsmarkt für, sagen wir, Küchenhilfen, Reinigungskräften oder Pflegepersonal zeitig. Der Schälroboter aus Lausanne wirkt da irgendwie praxisnäher.
„Tischtennis ist für Robotiker so etwas wie die Eintagsfliege Drosophila für Biologen: eine tolle experimentelle Umgebung“, sagt Jan Peters, Professor für Intelligente Autonome Systeme an der Technischen Universität Darmstadt. „Der präsentierte Ansatz wurde speziell für Tischtennis entwickelt. Daher ist es extrem unwahrscheinlich, dass praktische Aufgaben davon profitieren.“ Allerdings gesteht Peters den Sony-Ingenieuren zu, einen Traum aus vier Jahrzehnten Forschung an Roboter-Tischtennis erfüllt zu haben: „Roboter, die in einer hochkomplexen Aufgabe wie Tischtennis über die Leistung der Menschen hinauswachsen.“
Der Aufwand dafür ist allerdings ebenfalls beeindruckend, meint Peters. „Vorherige Roboter-Tischtennis-Systeme wurden überwiegend von einzelnen Doktoranden entwickelt, die in diesem Rahmen wissenschaftliche Fragestellungen beantworten mussten. Das Sony-Team bestand aus 49 Forschern und einer dreistelligen Zahl an Technikern und Hilfspersonal.“
Zwischen Robotik und Kognitionswissenschaft
Gleichwohl seien nicht alle Komponenten von Ace auf dem letzten Stand der Ingenieurskunst, sagt Peters. So weise der Steuerungsansatz Schwächen auf. Der Roboter werde mit einem suboptimalen Regelungsansatz betrieben, ohne eine Vorsteuerung, die mittels Kräftevorhersage die komplexen, nicht linearen Kräfte der realen Welt kompensiert. „Stattdessen treiben sie den Roboter durch einen linearen Regler an und kompensieren so die nicht linearen Kräfte nur, wenn ein Regelfehler bereits entstanden ist“, erklärt Peters. Ein Regelfehler ist die Abweichung zwischen der gewünschten und der tatsächlichen Bewegung des Roboters. „Dieser Ansatz braucht viel Energie und hat eine niedrigere Genauigkeit. Außerdem ist er potentiell für Menschen im Arbeitsraum hochgefährlich.“ Denn derart geregelte Roboter neigen manchmal zu unvorhergesehenen, ruckartigen Bewegungen.
Trotzdem will der Experte den Wert von Projekten wie Ace nicht in Abrede stellen. „Roboter oder Robotersimulationen zu nutzen, um zu erforschen, was für Bewegungen möglich sind, ist eine spannende Schnittstelle zwischen Robotik und Kognitionswissenschaften. Daher kann man über dieses System bestimmte Hypothesen über menschliches motorisches Verhalten testen. Das ginge zum Beispiel, indem man dem Roboter seine hohe Geschwindigkeit und Genauigkeit wegnimmt und testet, ob seine Fertigkeiten dadurch menschenähnlicher werden.“
Er schaut nur auf den Ball, nicht auf den Gegner
Humanoid ist an Ace tatsächlich nichts, und das nicht nur vom äußeren Erscheinungsbild her. „Das Spielverhalten unterscheidet sich deutlich vom Verhalten menschlicher Spieler“, sagt der Informatiker Sven Behnke von der Universität Bonn. „Durch die konsequente Optimierung auf Geschwindigkeit reagiert das Robotersystem schneller als Menschen. Menschen haben noch Vorteile bei höheren Ballgeschwindigkeiten und -drehmomenten.“ Behnke weist auch darauf hin, dass Ace nur den Ball verfolgen kann, nicht aber die Bewegungen seines menschlichen Gegenübers. „Die Beobachtung des Gegners würde es erlauben, dessen Aktionen schon vor dem eigentlichen Schlag zu antizipieren. Das ist hier nicht möglich.“
„Solche Demonstrationen machen deutlich, was heute möglich ist, aber auch, wo es noch Beschränkungen gibt“, resümiert Behnke. „Die Entwicklungen sind für spezielle Anwendungsfälle relevant – etwa als Trainingspartner für menschliche Spieler.“ Relevanter für die Praxis wären Mehrzweckroboter, die eine Vielzahl an Aufgaben in Alltags- und Produktionsumgebungen erledigen können. „Außerdem sollten sie schnell an neue Aufgaben angepasst werden können, aus ihren Fehlern lernen und ihre Grenzen kennen. Solche intelligenten Roboter erfordern noch viel Forschungsarbeit.“
Das populärkulturell vorgegebene Endziel – dessen Zweckmäßigkeit jenseits der Fertigungsanlagen und Lagerhallen allerdings auch so gleich einleuchtet – wäre natürlich ein Roboter, der sich mobil an immer anderen Einsatzorten immer neuen Aufgaben widmen kann, der seine Umgebung mit zwei Kameraaugen analysiert statt mit zwölf und der über zwei Hände verfügt, welche nach entsprechender Programmierung die ganze Bandbreite menschlicher Fingerfertigkeiten beherrscht.
Davon ist natürlich auch der Lausanner Gemüseschälroboter noch Lichtjahre entfernt. Aber beide Systeme widmen sich verschiedenen Aspekten humanomimetischer Motorik und stärken die Hoffnung, dies und vieles andere könnte sich dereinst einmal zusammenführen lassen zu einer Maschine, die uns endlich die wirklich lästigen Dinge abnimmt. Das Zeitalter der Roboter ist erst dann wirklich angebrochen, wenn sie unbeaufsichtigt und unfallfrei Toiletten in Privatwohnungen blitzblank putzen können.
