Selbstfahrende Autos finden sich in einfachen Umgebungen längst gut zurecht. Viel schwieriger ist es allerdings, einen Roboter zu entwickeln, der sich zwischen Menschen bewegen kann, zum Beispiel in einem Bürogebäude oder einer Messehalle. Er muss nicht nur eine Route zum gewünschten Ziel finden, sondern außerdem Menschen erkennen, ihr Verhalten voraussehen und Zusammenstöße mit ihnen vermeiden.

Ein Prototyp eines solchen Roboters wurde nun im Rahmen des Forschungsprojekts „TransportBuddy“ mit Beteiligung der TU Wien entwickelt und gebaut. Er nimmt seine Umgebung mit Hilfe eines Laserscanners und einer 3D-Kamera wahr und findet ganz von selbst passende Verhaltensregeln, um keinem Menschen in die Quere zu kommen. Eine künstliche Haut – „AirSkin“ vom TU Wien-Spin-off Blue Danube Robotics – sorgt für Sicherheit und ermöglicht sogar eine Steuerung durch sanften Kontakt.

Selbstständig in komplizierten Umgebungen

„Auf einer Landstraße ist die Situation für autonomes Fahren relativ einfach: Es existiert eine klar vorgegebene Richtung und eindeutig gekennzeichnete Fahrstreifen“, erklärt Markus Bader von der Fakultät für Informatik an der TU Wien, einer der führenden Forscher des Projekts. „Aber stellen wir uns vor, ein Roboter soll in einem gut besuchten Supermarkt etwas an die richtige Stelle bringen, oder sich den Weg durch ein belebtes Bürogebäude bahnen, um die Post an den richtigen Schreibtisch zu liefern – das ist unvergleichlich viel komplizierter.“

Der Roboter muss seine Umgebung selbstständig erfassen, er muss Hindernisse erkennen und sinnvolle Wege finden. „Das war ein hochgestecktes Ziel, das wir in unserem Forschungsprojekt erreicht haben“, sagt Markus Bader. Allerdings ist die Forschungsarbeit in dem Bereich der Mobilen Robotik noch lange nicht abgeschlossen, wie Markus Bader betont. „Wichtig war uns, dass die autonome Navigation völlig ohne Adaptationen der Umgebung möglich sein soll – ohne Markierungen am Boden, Schienen oder Barcodes.“

Vergleichsweise einfach ist es noch, mittels einer 3D-Kamera unbewegliche Dinge wie Tische oder Säulen zu als Hindernisse zu identifizieren. Viel schwieriger ist die Aufgabe, das Verhalten von Menschen richtig zu deuten, die sich auf der vom Roboter geplanten Route bewegen. Der „TransportBuddy“ muss verstehen, in welche Richtung sich ein Mensch bewegt, um seinen zukünftigen Aufenthaltsort vorherzusehen. Er kann sogar erkennen, dass an bestimmten Stellen besonders oft Menschen den Weg kreuzen, etwa vor einem Lift. Speziell in diesem Bereich wird derzeit viel geforscht und publiziert. Vom AIT Austrian Institute of Technology wurde dazu im Projekt wichtiges Know-How in der Simulation von Personenströmen erforscht, wodurch unterschiedliche Verhaltensweisen des TransportBuddy in Situationen mit variierendem Personenaufkommen bereits vorab untersucht werden konnten.

Praxistauglich durch Industriekooperationen

„Der Roboter ist nicht bloß eine akademische Studie, das Modell ist bereits sehr weit fortgeschritten, nun suchen wir Verwertungspartner“, sagt Markus Bader. Wichtig dafür war auch die Zusammenarbeit mit der Industrie wie dem TU-Spin-off Blue Danube Robotics, DS-Automotion und bkm design working group. Blue Danube Robotics patentierte und entwickelte die „AirSkin“, eine künstliche Haut für den Roboter. Dank AirSkin kann der Roboter seine Umgebung nicht nur sehen, sondern einen direkten Kontakt auch spüren. Es ist sogar möglich, durch sanften Kontakt den Roboter dazu anzuleiten, eine andere Richtung zu wählen.

Durch die Mitwirkung der Firma DS-Automotion, bekannt durch automatisierte Transportsysteme für die Automobilebranche und Krankenhäuser, war es möglich auf hochwertiger Hardware aus der Industrie aufzubauen. Der fahrende Roboter ist mit einer zertifizierten Sicherheitssteuerung ausgestattet und kann ohne weiters Lasten bis 100 kg transportieren. Auch auf das Design des Geräts wurde Wert gelegt: die bkm design working group sorgte dafür, dass die technischen Anforderungen an das High-Tech-Gerät in ein schlüssiges Designkonzept integriert wurden.

Die Praxistauglichkeit des TransportBuddy wurde in unterschiedlichen Umgebungen getestet – im Lager einer großen Lebensmittelkette sowie im Freihaus, einem hochfrequentierten Universitätsgebäude der TU Wien. „Die Ergebnisse waren vielversprechend, TransportBuddy benimmt sich im Großen und Ganzen bereits so, wie wir uns das wünschen“, sagt Markus Bader.

Im Büro oder bei der Zustellung auf der „letzten Meile“

Einsatzmöglichkeiten für TransportBuddy gibt es viele: „Unser Hauptaugenmerk liegt in der Indoorlogistik“, erklärt Bader. „Gerade in Corona-Zeiten ist es ein Vorteil, wenn Güter automatisch geliefert werden können – von der Probenzustellung im Labor bis zum Paket, das aus der Lagerhalle geholt werden soll. Aber dieselbe Technik lässt sich natürlich mit einigen Adaptionen auch am Gehsteig nutzen. TransportBuddy könnte für die vielzitierte letzte Meile zuständig sein, für die Auslieferung von Waren vom lokalen Geschäft direkt zur Haustür.“

Die Forschung, die zu diesen Ergebnissen führte, wurde von der Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft FFG gemäß Förderungsvertrag 854865 (TransportBuddy) gefördert.

Kontakt

Dr. Markus Bader
Institut für Computer Engineering
Technische Universität Wien
T +43-1-58801-18305
markus.bader@tuwien.ac.at