Analysen
19. August 2013
AUTOR: Businesscloud.de

Cloud Robotics: Roboter beziehen ihr Wissen künftig aus der Wolke

Die Frage hört sich fast schon philosophisch an: Benötigen Roboter ein eigenes Internet oder gar spezielle Cloud-Computing-Umgebungen? Nein, wir wollen nicht in die Tiefen der Künstlichen Intelligenz oder gar in die bunte Welt der Science Fiction eintauchen. Es geht um ernst zu nehmende Forschung. Genauer gesagt ein Projekt namens RoboEarth, das von der Europäischen Union finanziert wird. Roboter beziehen Wissen aus der Cloud

Roboter könnten künftig intelligenter, schneller und günstiger sein, indem sie ihr Wissen aus der Cloud beziehen. (Bild: Shutterstock / Kirill__M)

Die Idee hinter RoboEarth: Roboter sollen wesentlich flexibler und „intelligenter“ werden als ihre derzeit vorhandenen Kollegen. Die sind zwar in der Lage, einen Staubsauger zu bedienen oder lustige Verrenkungen zu machen, um ältere Menschen zu erfreuen. Das „Wissen“, das sie dazu benötigen, muss jedem von ihnen eingegeben oder einprogrammiert werden. Die Folge, so die Initiatoren von RoboEarth: Der Roboter ist heute zu begrenzt in seinen Möglichkeiten und zu kostspielig.

Wissen in die Cloud verlagern

Die Lösung heißt „Cloud Robotics“. Dieses neue Wissenschaftsfeld kombiniert mehrere Technologien: Robotik, Internet, Cloud Storage und Cloud Computing. Das Prinzip hinter Cloud Robotics hört sich relativ einfach an. Rechen- und speicherintensive Aufgaben, die das „Hirn“ eines Roboters zu stark belasten würden, werden in die Cloud ausgelagert. Das hat den Vorteil, dass der Roboter nicht über kostspielige Rechen- und Speicherkapazitäten verfügen muss. Das reduziert die Komplexität des Roboters, macht ihn weniger fehleranfällig und spart teure Komponenten. Roboearth_Ebenen

Die Bestandteile von RoboEarth: Datenbank und Services werden als Platform-as-a-Service von einer Cloud-Computing-Umgebung bereitgestellt. (Bild: RoboEarth)

Unverzichtbar bei einem solchen Modell ist eine Internetanbindung an die Roboter-Cloud. Laut RoboEarth ist das Konzept vor allem für mobile Roboter interessant, die auf eine bordeigene Energieversorgung angewiesen sind, um sich fortzubewegen – oder eben Daten aufzunehmen und zu verarbeiten. Angestrengtes Denken bringt nicht nur Menschen zum Schwitzen, sondern auch Robots. Während der Mensch die dazu erforderliche Energie relativ einfach wieder zuführen kann, etwa indem er einen Müsliriegel oder einen kleinen Happen zu sich nimmt, ist das bei Robotern nicht so einfach. Sie zehren von den Vorräten, die in ihren Akkus gespeichert sind.

Zentrales Element: die Cloud Engine

Ein wichtiger Bestandteil von RoboEarth ist die Cloud Engine. Die Wissenschaftler haben sie auf den Namen Raputya getauft. Es handelt sich um ein PaaS-Framework (Platform as a Service) für Roboter auf Open-Source-Basis. Jeder„Blechkamerad“ hat auf der Systemebene einen Zwillingsbruder (Clone) in dieser Cloud. Der Clone besteht aus Linux-Containern und ist gewissermaßen das Zentralhirn des Roboters. Die Kommunikation zwischen dem Roboter und seinem Clone erfolgt über Vollduplex-Verbindungen mithilfe des Web-Sockets-Protokolls. Roboearth_Funktion

Rechen- und Storage-Kapazitäten werden zu einem großen Teil über die Cloud bereitgestellt. Diese Clones in der Cloud können wiederum mit anderen Clones, also Robotern, Informationen austauschen. (Bild: RoboEarth)

Der zweite Eckpfeiler von RoboEarth ist eine Datenbank auf Grundlage von Apache Hadoop. Hinzu kommt mit RoboKnob ein System, welche das Wissen, also die Informationen verarbeitet, die der Roboter aufnimmt, etwa über seine „Augen“ (Kameras, Bildsensoren).

Und wozu das Ganze?

Natürlich stellt sich jetzt die Frage, wozu Roboter gut sein sollen, deren Wissen in einer Cloud-Umgebung vorgehalten wird. Nach Ansicht der Forscher, die bei RoboEarth mitarbeiten, ist ein zentrales Ziel, dieses Wissen mehreren Robotern gleichzeitig verfügbar zu machen. Ein Beispiel: Ein Krankenhaus-Roboter unterstützt Patienten, indem er ihnen Getränke, Bücher oder die Fernbedienung des TV-Geräts reicht. Dazu muss er zuvor seine Umgebung „checken“, also ermitteln, wo die Abstellfläche für das Wasserglas ist und wo die Fernbedienung deponiert wird. Diese Informationen übermittelt der Roboter an das Repository in der Cloud. RoboEarth_Einsatz

Der Cloud-Roboter am Krankenbett: Die Systeme, die im Rahmen von RoboEarth getestet werden, teilen ihr Wissen mit anderen Robotern – via Cloud. (Bild: RoboEarth)

Kommt nun beim selben Patienten ein anderer Roboter zum Einsatz, etwa weil sein Kollege an der Steckdose hängt, muss er nicht erneut die Umgebung darauf hin prüfen, wo sich die Gegenstände befinden. Er greift auf die Daten seines Kollegen in der Cloud zu. Das ist auch dann hilfreich, wenn der Patient das Wasserglas nicht exakt an derselben Stelle platziert hat wie zuvor. Der Roboter scannt in diesem Fall zunächst den Bereich, in dem sich das Glas aller Wahrscheinlichkeit nach befindet. Das verkürzt den Vorgang und spart Rechenzeit.

Ein Internet für Roboter

Eine Vision der Forscher: Nicht nur zwei oder drei Roboter teilen ihr Wissen mithilfe der Cloud, sondern viele Systeme tauschen ihre Erfahrungen über ein eigenes Internet für Roboter und eine Cloud-basierte Plattform aus. Dies soll dazu beitragen, dass Roboter schneller als bislang komplexe Umgebungen erfassen können und in der Lage sind, auch komplizierte Aufgaben zu lösen. In einigen Bereichen könnten solche künstlichen Helfer durchaus Verwendung finden, etwa beim Bergen von Verletzten in einsturzgefährdeten Gebäuden nach einem Erdbeben, aber auch bei der Betreuung von Kranken und alten Menschen. In Japan gibt es bereits mehrere Feldversuche mit Robotern, die Senioren zur Verfügung gestellt werden. Sie helfen bei den alltäglichen Dingen des Alltags wie der Wohnungsreinigung und sollen Demenzkranken als „Lotse“ dienen, die den Betreuten zum Bäcker oder nächstgelegenen Supermarkt führen und wieder nach Hause geleiten. Doch bis zum flächendeckenden Einsatz von Robotern, die sich via Cloud synchronisieren, dürften noch etliche Jahre vergehen. Allerdings zeigt das RoboEarth-Projekt, dass sich Cloud Computing in Bereichen einsetzen lässt, die auf den ersten Blick mit IT nur am Rande zu tun haben. Wer mehr zu Cloud Robotics wissen möchte: Auf einer Web-Seite von RoboEarth sind mehrere Forschungsprojekte aus diesem Bereich aufgeführt.

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