Normalerweise schüttelt es einen, wenn man ein achtbeiniges Insekt zu Gesicht bekommt. Im DASA-Workshop „Vom Motor zum Roboter“ ist es genau umgekehrt. Da entstehen aus der Hand emsiger Schüler Objekte, die an Spinnentiere erinnern. Der Clou: Sie vibrieren und machen ganz einfach klar, wie ein Mini-Roboter funktioniert.

Hintergrund ist die aktuelle Ausstellung „Die Roboter“, die noch bis zum 25. September 2016 in der DASA Arbeitswelt Ausstellung in Dortmund zu sehen ist. Das pädagogische Begleitprogramm setzt auf Interaktion und bietet an jedem Dienstag in der NRW-Schulzeit von 10 bis 12 Uhr ein neues Angebot, das nicht nur Technikbegeisterte anspricht.

Und das geht so. Schülerinnen und Schüler ab der 7. Klasse montieren auf ein etwa fingergroßes Stück Plastik Drahtstücke, die sie in „Beinform“ biegen. Anschließend befestigen sie eine Batterie auf dem Teil. Ein mit Heißkleber angebrachter Vibrationsmotor sorgt für die Bewegung – dann nämlich, wenn die Kabel des Motors zum Stromkreislauf verbunden werden. Und schon vibriert das insektenhafte Objekt, das nach Belieben, Geschick und Phantasie auch ganz anders aussehen kann.

Alle Hände voll zu tun haben dabei auch die zwei Helfer vom Dortmunder Schülerlabor „Kitz.do“, die die den Workshop in Kooperation mit der DASA konzipiert haben und ihn in der DASA anleiten. Mit viel Geduld gehen sie auf die Hilferufe der Teilnehmenden ein, denn: Da kann ja irgendwo ein Draht abbrechen oder der Motor klebt nicht korrekt. Nebenbei erläutern die Pädagogen das Prinzip der Vibration, das den meisten Schülern vor allem über ihr Smartphone bekannt ist.

Den Testlauf machte unlängst die WFS-Tagesschule aus Düsseldorf. Mit respektablen Ergebnissen. Die Mädchen schlugen die Jungen in punkto Fingerfertigkeit und Geschwindigkeit um Längen. „Macht voll Spaß, wenn das läuft“, so der einhellige Kommentar der Gruppe.

Damit nicht genug. Während die eine Hälfte der Klasse tatkräftig werkelt, besichtigen die anderen die Ausstellung „Die Roboter“. Hier unterstützt ein Roboter-Quiz beim eigenständigen Erkunden. Das Programm „Vom Motor zum Roboter“ dauert zwei Stunden (eine Stunde Workshop, eine Stunde Ausstellungsbesichtigung mit anschließendem Wechsel der Gruppen). Es kostet 60 EUR zuzüglich Eintritt in die DASA (Schüler 2 EUR). Buchungen nimmt der DASA Besucherservice unter der Rufnummer 0231 9071 2645 oder per Mail (besucherdienst-dasa@baua.bund.de) entgegen. Mehr Infos für Schulen: https://www.dasa-dortmund.de/schulen/angebote-fuer-lehrkraefte-und-schulklassen/zur-sonderausstellung-die-roboter/

Quelle: DASA Arbeitswelt Ausstellung/Dortmund

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Paderborner GET Lab forscht an den Rettern von morgen

Wenn nach einem Unglück die Umgebung verseucht ist, etwa durch Radioaktivität wie im japanischen Fukushima oder durch Giftstoffe wie aktuell im chinesischen Tianjin, wird die Rettung von Opfern für die Bergungsteams gefährlich. Rettungsrobotik ist dort wichtig, wo es für den Menschen brenzlig wird. „Technische Systeme können Gefahrenherde und Opfer an der Unglücksstelle erkennen und die Bergungsteams informieren. Die Einsätze von Rettungskräften können damit sicherer und effizienter werden“, erklärt Prof. Dr. Bärbel Mertsching vom Institut für Elektrotechnik und Informationstechnik der Universität Paderborn. Gemeinsam mit ihren 16 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern im GET Lab sowie mit Studierenden forscht Mertsching seit 2007 an den Grundlagen zur Entwicklung intelligenter Rettungsrobotik.

Denn bislang steckt die Technik noch in den Kinderschuhen: Aktuell sind so genannte teleoperierte Systeme in Betrieb. Das heißt, der Mensch steuert den Roboter und gibt ihm Befehle. Der Roboter führt nur aus, kann weder selbst Schritte überlegen noch eigene Entscheidung treffen – im für Mensch und Maschine unbekannten Gelände ein Nachteil. „Nach einem Unglück, beispielsweise einem Erdbeben, verlieren Landkarten ihre Gültigkeit. Das Navigieren im unwegsamen Gelände ist kaum möglich und die Kommunikation zwischen Mensch und Maschine kann leicht abreißen“, erläutert Mertsching.

Gelände erkunden, Opfer ausfindig machen, Gefahrenquellen ausschalten

Daher ist es u. a. Ziel des GET Lab einen autonomen Roboter zu entwickeln, der seine Umgebung selbständig erkundet, Opfer sucht und zeitgleich für die Retter eine Karte erstellt. Der Roboter GETbot kann bereits mit Hilfe eines 2D-Laserscanners, einer Video- und 3D-Kamera seine Umgebung erfassen und mögliche Wege identifizieren. Dabei erfasst GETbot mit dem Laser die Entfernung zu Objekten in seiner Umgebung und erstellt eine virtuelle Karte. Die Schwierigkeit dabei liegt im Gelände: Kommt der Roboter auf seinen vier Rädern ins Rutschen, misst er andere Entfernungspunkte als zuvor auf gerader Strecke. Die so erstellte Karte weicht von der vorherigen ab. „Eine Herausforderung für uns ist es, hier ein Verfahren zu entwickeln, das diese Karten wieder übereinstimmen lässt“, erklärt Mertsching. Über eine Thermokamera kann GETbot Temperaturunterschiede in seinem näheren Umfeld ausmachen. Dabei werden kleinste Temperaturschwankungen sichtbar, so dass auch verschüttete Personen ausfindig gemacht und auf der Karte verzeichnet werden können. Über diese und weitere Sensoren können auch Vitalfunktionen von Opfern gemessen werden. So misst ein CO2-Sensor die mögliche Atmung der Opfer.

Für Aufgaben, die eine hohe Geländegängigkeit fordern, wird ein weiterer Roboter teleoperiert betrieben: GETjag. Das kleine Raupenfahrzeug ist mit seinen vier einzeln beweglichen Kettenlaufwerken – Flipper genannt – in der Lage, auch unebene steile Untergründe zu befahren oder Treppen zu bewältigen. Eine Kamera an einem steuerbaren Arm liefert Bilder vom Terrain. GETjag ist, anders als GETbot, in der Lage, über den Greifer am Arm Kontakt zu den Opfern aufzunehmen. Mithilfe dieses Arms kann der Roboter auch Gefahrenquellen wie eine offene Gasleitung bewältigen, indem er das zugehörige Ventil durch ausgewertete 3D-Daten im Raum ausfindig macht und schließt. Hierzu arbeiten die Forscher an der automatisierten Erkennung von Gefahrenzeichen, die auf hochexplosive oder giftige Stoffe hinweisen. Mertsching: „In Zukunft könnten Rettungsroboter solche Gefahrenquellen für die nachfolgenden Rettungsteams ausschalten und weitere Unglücke vermeiden.“

Von der Natur lernen

Dabei sind gerade die einfachen Fragen die kniffligsten für das Team: Wie erkennt der Roboter eigenständig Hindernisse auf seinem Weg, um eine Kollision zu vermeiden? „Um die Ecke schauen, Interesse an akustischen oder visuellen Reizen zeigen und darauf reagieren, das eigene Vorwissen nutzen – für den Mensch einfache Aufgaben sind für diese technischen Systeme bislang unmöglich“, erläutert Mertsching. Bei der Grundlagenforschung in der Bildverarbeitung und Objekterkennung bedienen sich die Forscher Vorbildern aus der Natur. Wie erfasst ein Menschen oder ein Tier seine Umgebung und wie lässt sich dies auf ein technisches Modell übertragen? Für ihre Lösungen vereinen die Forscher Ansätze aus Technik, Biologie und Psychologie. „Diese Grenzbereiche zwischen Mensch und Maschine machen die Arbeit besonders spannend.“

Roboter im Wettbewerb

Neben 3D-Simulationen am Computer oder real im Paderborner Labor, misst sich das GET Lab regelmäßig in nationalen und internationalen Wettbewerben mit anderen Teams, wie bei der Rettungsliga der Robocup German Open. In großen Hallen werden dabei Parcours aufgebaut. Auf unterschiedlichen Untergründen, unbekannten Streckenverläufen mit Spalten, Steigungen und Absenkungen müssen die Rettungsroboter Aufgaben zum autonomen und teleoperierten Verhalten in den Bereichen Erkundung, Greifen, Manipulation und Inspektion meistern. Vom Erstellen einer Karte und Auffinden einer Person bis hin zum Schließen eines Ventils müssen die Roboter nahezu reale Situationen eines Katastrophenfalls bewältigen. Bewertet werden die Teilnehmer nach den vom US National Institute of Standards and Technology (NIST) entwickelten Kriterien.

Zukünftig sollen die autonomen Systeme zusammenarbeiten. Damit dies gelingt, müssen die Roboter miteinander kommunizieren können. Zusätzlich soll eine Drohne die bodengestützten Systeme GETbot und GETjag auf ihrer Suche nach Opfern im simulierten Katastrophengebiet unterstützten. Bis autonome Rettungsrobotersysteme den Menschen in der Katastrophenhilfe vollständig ersetzen können, wird es allerdings noch dauern.

Quelle: Universität Paderborn, GET Lab/Vanessa Dreibrodt

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Prof. Dr. Frank Wallhoff aus der Abteilung Technik und Gesundheit für Menschen des Fachbereichs Bauwesen und Geoinformation hatte zur großen Freude der jungen Studierenden gleich mehrere Exemplare mitgebracht. Doch zunächst stellte er ihnen Fragen und vielleicht hat er sich gewünscht, dass die erwachsenen Studenten sich auch mal so engagiert ins Zeug legen. Auf die Frage, was ist ein Roboter, schnellten die Finger nur so hoch, einige Kinder standen auch gleich vor Eifer in den Reihen. Jeder wollte sich mit ihm unterhalten. Natürlich konnten die Kinder alle etwas mit Robotern anfangen, aber einen Roboter mal in Händen zu halten, der auf ihr Verhalten auch noch reagiert, das war neu und sorgte für eine ganz besondere Spannung. So stellte Wallhoff, Spezialist für Assistive Technologie, die weiße Robbe Paro vor, die allein schon wegen ihrer großen schwarzen Knopfaugen die Herzen bewegt. Die Kinder lernten ebenfalls den Roboter-Dinosaurier Pleo kennen. Der humanoide Kleinroboter Nao begeisterte die Kleinen besonders deshalb, weil er viele Tänze sicher vorführte.

Begleitpersonen kamen auch in den Genuss, Hochschulluft zu schnuppern. Für sie wurde die Kindervorlesung zeitgleich in einen anderen Hörsaal übertragen.

Das Ziel der Jade Kinderhochschule ist es, den Kindern vermehrt naturwissenschaftliche Fächer auf spielerische Art näherzubringen sowie Hemmschwellen einem technischen Studium gegenüber abzubauen.

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