Eine Roboterhand ist normalerweise der Teil eines Roboters, der herumgetragen wird. Forschende an der ETH Zürich haben dieses Prinzip umgekehrt: Sie nahmen die Wuji-Roboterhand, setzten sie auf den Boden und brachten ihr bei, sich selbst fortzubewegen. Sie krabbelt, wechselt die Richtung und richtet sich nach einem Sturz wieder auf, ganz ohne Fahrgestell mit Rädern oder Roboterarm darunter.
Die Hand ist der ganze Roboter
Bei herkömmlichen Konstruktionen sind die Aufgaben aufgeteilt. Eine Plattform sorgt für Bewegung, ein Arm für Reichweite und eine Hand erledigt am Ende die Feinarbeit. Hier übernehmen die Finger alle drei Aufgaben. Sie stützen den Körper, schieben ihn voran und hantieren bei Bedarf mit Objekten.
Das macht die Maschine kompakt, und genau darum geht es. Es bedeutet aber auch, dass die Finger gleichzeitig zwei sehr unterschiedliche Dinge gut beherrschen müssen: Fortbewegung, die stabile und wiederholbare Bewegungen erfordert, und Objektmanipulation, bei der es auf Präzision ankommt.
Wie sie lernte, sich zu bewegen
Das Team nutzte Reinforcement Learning. Dabei wird bewertet, wie gut ein System eine Aufgabe erfüllt, und anhand dieser Bewertungen verbessert es sich. Das Training lief in einer Computersimulation, die mithilfe von Messdaten des realen Geräts so eingerichtet wurde, dass die virtuelle Hand ihrem physischen Vorbild ähnelte.
Der Algorithmus berücksichtigte außerdem, dass die Finger nicht identisch sind. Sie unterscheiden sich in ihrer Länge und in anderen Eigenschaften. Eine Steuerung, die diese Unterschiede ignoriert, lernt tendenziell ein Gangmuster, das die Hardware nicht umsetzen kann.
Nach Angaben der Autoren ermöglichte ihr Belohnungsschema in der Simulation eine schnellere Fortbewegung als Einstellungen, die ursprünglich für vierbeinige Roboter entwickelt wurden. Das ist ein sinnvoller Vergleich, denn eine Hand, die auf ihren Fingern läuft, hat mehr mit einem Vierbeiner gemeinsam als mit einem typischen Greifer. Dabei sollte man allerdings im Hinterkopf behalten, dass es sich um ein Simulationsergebnis handelt und der Bericht keine Geschwindigkeiten oder Zahlen nennt.
Was die Praxistests zeigten
Auf der realen Hardware bewegte sich die Hand ohne externe Stromversorgung oder externe Rechner. Die Energiequelle und die Rechentechnik waren im System selbst untergebracht. Für einen Roboter, der im Grunde nur aus einer Handfläche und Fingern besteht, ist das beachtlich viel Technik auf engem Raum.
Die Forschenden testeten außerdem, ob derselbe Roboterkörper auch präzise Arbeiten erledigen konnte. Zwei Experimente stechen hervor:
- Blindes Tippen. Der Roboter drückte nacheinander Tasten auf einer Tastatur, ohne visuelle Informationen zu nutzen.
- Geführtes Schieben. In einem zweiten Test schob er ein Objekt zu vorgegebenen Punkten und nutzte zur Steuerung die Bilder einer darüber montierten Kamera.
Die darüber montierte Kamera relativiert die Darstellung als autarkes System ein wenig. Laut Bericht kam die Hand ohne externe Stromversorgung und externe Rechentechnik aus. Wie die Kamerabilder bei diesem Experiment verarbeitet wurden, wird jedoch nicht erklärt. Der Tastaturtest kam dagegen ganz ohne visuelle Informationen aus.
Was wir nicht wissen
Der Bericht ist knapp, und einige Angaben fehlen. Er nennt keine Krabbelgeschwindigkeiten, keine Erfolgsquoten für die Tastatur- oder Schiebeaufgaben, keine Zahl dazu, wie oft sich die Hand nach einem Sturz wieder aufrichtete, und keine Details zur Akkulaufzeit oder zum Bordcomputer. Auch eine Veröffentlichung oder eine wissenschaftliche Arbeit wird nicht genannt.
Die Aussage ist daher am besten als Demonstration zu verstehen, nicht als Benchmark. Eine Konstruktion lief über eine Fläche, richtete sich nach Stürzen wieder auf, drückte Tasten und bewegte Objekte. Ob sie irgendetwas davon schnell oder zuverlässig kann, lässt sich anhand des verfügbaren Materials nicht sagen.
Warum das trotzdem interessant ist
Der Reiz liegt in der Bündelung der Funktionen. Roboter bekommen meist immer mehr Bauteile, wenn ihre Aufgaben wachsen: hier ein Fahrgestell, dort ein Arm, obendrauf ein Greifer. Dieses Projekt geht den umgekehrten Weg und fragt, wie viel eine einzelne Hand leisten kann, wenn sie aufhören darf, bloßes Zubehör zu sein.
Die Antwort lautet vorerst: Sie kann laufen, aufstehen, tippen und Dinge herumschieben. Nicht schlecht für ein Anhängsel, das bisher darauf warten musste, dass jemand anderes es zur Arbeit bringt.