Roboter auf Weltraummission: Menschenähnliche Maschinen

Roboter sollen fremde Planeten erkunden und Astronauten auf einer Raumstation unterstützen. Dafür müssen sie noch selbstständiger werden.

MIttels zahlreicher Sensoren nimmt die Roboterdame Aila ihre Umwelt wahr. Foto: dpa

BREMEN taz | Aila streckt den Arm aus. Mit ihrem weißen Stahlfinger drückt sie bedächtig auf einen Knopf, rollt ein Stück weiter durch das Modell der Internationalen Raumstation ISS und legt einen Hebel um. Routinearbeiten für die Roboter-Dame des Robotics Innovation Center (RIC) des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Bremen.

Dank einer Vielzahl von Sensoren nimmt Aila ihre Umgebung genau wahr. Das ermöglicht die routinierten Handgriffe an der Bedieneinheit genauso wie eine unfallfreie Interaktion mit Menschen. Beste Voraussetzungen für einen zukünftigen Einsatz auf einer Raumstation. „Viele Arbeiten auf der ISS sind nicht sonderlich anspruchsvoll. Sie könnte jeder irdische Hausmeister übernehmen“, sagt José de Gea Fernández, Robotik-Experte am DFKI.

Oft gehe es darum, Schrauben anzuziehen, Messdaten abzulesen oder Schalter für einen Ofen umzulegen. Für solche Dinge sind die Astronauten eigentlich überqualifiziert.

Für Aila und Co wären viele dieser Arbeiten ein Klacks. Dass Roboter im Weltall als verlängerte Arme, Ohren und Augen wertvolle Dienste leisten können, ist längst unbestritten. Ihr Potential sei trotz einiger Fortschritte allerdings noch längst nicht ausgeschöpft, sagt Fernández.

Der Robonaut 2 ist seit vier Jahren Crew-Mitglied auf der ISS – testweise. Mittelfristig soll er die Astronauten bei ihrer alltäglichen Arbeit unterstützen, sowohl in der Raumstation als auch bei Außeneinsätzen. Sogar seine Mondlandung ist geplant. Ein weiteres Anwendungsszenario: Mithilfe von kräftigen Roboterarmen könnten bald taumelnde Satelliten wieder auf die richtige Umlaufbahn gebracht oder herumfliegender Weltraumschrott eingesammelt werden.

Bei solchen hochkomplexen Arbeiten in der Erdumlaufbahn sind Roboter vor allem Werkzeug, gesteuert vom Menschen per Joystick oder Exoskelett. Auch Aila lässt sich per Exoskelett fernsteuern. Über mehrere Kontaktpunkte werden dabei die Bewegungen des menschlichen Armes sehr genau erfasst und auf den Roboter übertragen. Kräfte, die auf den Roboter einwirken, können durch das Exoskelett auf den Bediener zurückgespielt werden. Hebt der Roboter ein schweres Gewicht, fühlt es sich auch für den Menschen schwer an. Das erhöht den Realismus für den „Steuermann“.

Die meisten erdnahen Anwendungsszenarien am DFKI sehen ein Hand in Hand der Systeme vor. Der Mensch steuert Aila in die richtige Position, ihre Roboterhand greift dann selbstständig und präzise zu. Einziger Harken: Schon auf dem Mond wäre eine solche Steuerung aufgrund der Signalverzögerung schwierig.

Lange Übertragunsgwege

„Das ist so, als würde ich am Lenkrad meines Autos drehen und erst mehrere Sekunden später reagiert der Wagen. Das macht das Fahren sehr schwierig“, sagt Klaus Landzettel, Seniorwissenschaftler am Institut für Robotik und Mechatronik des Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).

Was auf dem Mond schon anstrengend ist, ist auf dem Mars fast unmöglich. 15 Minuten braucht ein Signal von der Erde zum roten Planeten. Auf die Antwort wartet man mindestens eine halbe Stunde. Die Lösung: Marsrover Curiosity bekommt nur ungefähre und sehr vorsichtige Anweisungen. Fahre zwei Meter weiter und melde dich dann noch mal, nimm eine Bodenprobe und mache ein Foto, melde dich.

„Wir sprechen von einer überwachten Autonomie. Wir geben dem Roboter Befehle und er führt sie weitgehend selbstständig aus“, sagt Landzettel. Die Aufgaben, die Roboter autonom erledigen sollen, werden dabei immer komplexer. Futuristische Pläne gehen längst über die Exploration und das Sammeln von Daten auf fremden Planeten hinaus. Roboter könnten beispielsweise Stationen auf dem Mond oder dem Mars errichten. Ihr Vorteil: Sie sind in der Lage, in lebensfeindlicher Umgebung Gebäude zu errichten und damit die Ankunft einer bemannten Mission vorzubereiten. Sie könnten auch an den Einheiten stationiert werden, um die Anlage zu warten und selbstständig Reparaturen durchzuführen.

Die nächste Generation wird dazu lernen

Eine Voraussetzung dafür ist die größtmögliche Selbstständigkeit der Maschinen. Ausgestattet mit einem ganzen Strauß an Fähigkeiten fliegen sie ins All, in der Lage viele Arbeiten auf Befehl hin zu erledigen. Eine wichtige Neuerung: Die nächste Generation der Androiden wird dazu lernen und zwar nach menschlichen Vorbild. Die Maschinen lernen aus gemachten Erfahrungen, indem sie die Verbindungen zwischen den programmierten Handlungsanweisungen und dem stetig steigenden Wissen aus vielen verschiedenen Daten immer wieder passgenau verändern.

Es gibt bereits erste, äußerst spannende Entwürfe für solche lernenden Maschinen. Robotik-Guru Rodney Brooks vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat beispielsweise Baxter entworfen. Die Besonderheit: Er muss nicht mehr aufwendig von Experten programmiert werden. Der Nutzer ergreift einfach die Arme und macht Bewegungen vor. Die Roboter-Augen folgen allen Abläufen, die Software prägt sich alles ein und passt die Bewegungen im Laufe der Zeit immer besser an.

Genau diese Eigenschaften sollen auch im Weltraum eingesetzt werden. „Neue Handlungen könnten auf der Erde als Anleitung entwickelt und an den Roboter in einer passenden Form weitergeleitet werden“, erklärt José de Gea Fernández. Mit jeder Wiederholung im All wird der Roboter sicherer und verfeinert die Bewegung.

Ersatz für den Menschen

Im Weltraum haben solche Entwicklungen ein klares Ziel: Sie könnten den Menschen schon bald kostengünstig und effektiv ersetzen. Per se ist das nicht nur negativ. Schließlich könnten die Roboter all die monotonen, anstrengenden, lästigen oder gefährlichen Arbeiten übernehmen.

Zu große Gefahr und Anstrengung für die Astronauten sind längst nicht die einzigen Argumente für den Einsatz von Robotern im All. Seit Jahren mehren sich kritische Stimmen, die bemannte Raumfahrt für zu kostspielig halten. Allein die Raumstation ISS wird bis zu ihrem geplanten Ende in fünf bis sieben Jahren über 200 Milliarden Euro kosten – zum Großteil finanziert aus Steuergeldern.

Kritiker wie der deutsche Astrophysiker Wolfgang Hillebrandt betonen, dass die Experimente auf der ISS keine bahnbrechenden Erkenntnisse gebracht hätten, und halten den Einsatz von Menschen im All für überflüssig. Auch Roboter könnten entsprechende Proben nehmen und Experimente durchführen, so Hillebrandt. Tatsächlich sind die Kosten für Roboter deutlich geringer. Sie brauchen keine aufwendigen Lebenssysteme, Raumanzüge, Sauerstofftanks oder Lebensmittel. Auch fliegen sie jahrelang durchs All ohne zu Murren. Ein Verlust wäre zwar ärgerlich, aber zu verkraften.

„Der Mensch wird zum Mars fliegen“

Von einer Abkehr vom Astronauten will man bei der US-Weltraumagentur NASA nichts wissen. Über acht Milliarden US-Dollar fließen pro Jahr in die Programme für bemannte Raumfahrt. Zurecht, sagt Ellen Stofan, Chefwissenschaftlerin der US-Raumfahrtbehörde, im Interview mit der Neuen Zürcher Zeitung: „Als Geologin glaube ich, dass kein Roboter mich ersetzen kann.“ Mars-Rover „Opportunity“ habe in zehn Jahren eine Strecke von 30 Kilometern zurückgelegt, ein Astronaut schaffe die gleiche Strecke in einem oder zwei Tagen. Auch die Entscheidungseffizienz und das flexible Denken spreche für die bemannte Raumfahrt, so Stofan weiter.

Auch Johann-Dietrich Wörner, der künftige Chef der europäischen Raumfahrtorganisation Esa, glaubt fest an das menschliche Streben nach fernen Welten: „Der Mensch wird zum Mars fliegen – ganz klar. Der Mensch macht das, wenn er dafür die richtige Technik hat.“