„Manchmal zerbricht der Roboter etwas, wenn er fällt. Aber es lernt, und irgendwann glaube ich, dass diese Roboter noch seltener stürzen werden als Menschen.“ – Jonathan Hurst, Agility Robotics
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Wie viel ist an diesem Punkt nur ein „Ups“ und wie viel ist es eine Lernchance?
Auch wenn fallende Roboter nichts Neues sind, könnten einige technologische Fortschritte, die die Natur des Fallens verändert haben, etwas Neues sein. Erstens verfügen sowohl Boston Dynamics als auch Agility Robotics über zweibeinige Roboter im menschlichen Maßstab, bei denen es ziemlich normal erscheint, nicht zu fallen. Dies ist eine relativ junge Entwicklung. Obwohl eine Reihe von Unternehmen an Humanoiden arbeiten, sind die Humanoiden von Agility und Boston Dynamics die einzigen, die routinemäßig mit dynamischem Gehen ohne Fesseln umgehen können.
Wie anders ist das Fallen bei Robotern als bei Menschen?
Saunders: Das, was uns wirklich von der Sorge um das normale Gehen zu einem ziemlich guten Gefühl beim normalen Gehen brachte, war, als wir uns aggressiv auf Dinge einließen, die weit über das Gehen hinausgingen.
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Warum reagieren Menschen Ihrer Meinung nach so heftig, wenn sie Roboter umfallen sehen, insbesondere zweibeinige Roboter?
Wie normal ist es, dass Ihr Roboter fällt?
Für Spot kann ein Sturz ein größeres Risiko darstellen, da er draußen in der Welt ist. Wöchentlich legt unsere interne Flotte von Spots etwa 2.000 Kilometer zurück, und wir haben sie auch in diesen Testzellen, wo sie auf Felsen, auf Gittern, über Hindernisse und auf rutschigen Böden laufen. Wir wollen all diese Dinge gründlich testen und versuchen, die Fälle von Stürzen auf ein Minimum zu reduzieren.
„Ich kann verstehen, warum es sehr interessant ist, wenn etwas schief geht, denn die Öffentlichkeit sieht normalerweise nicht, wie das aussieht, und sie ist an solche Momente noch nicht gewöhnt.“ – Bambi Brewer, Agility Robotics
„Menschen nehmen Maschinen wahr, je nachdem, wie sie sich selbst wahrnehmen. Auf das Gesicht zu fallen ist ein gutes Beispiel für etwas, das für einen Roboter schlecht aussieht, aber vielleicht nicht wirklich schlecht ist.“ – Aaron Saunders, Boston Dynamics
Hurst: Es gibt Strategien, wenn man weiß, dass man gleich fallen wird. Wenn eine Person ein Baby trägt und eine Treppe hinunterfällt, verfügt sie über diese Intuition und natürliche Fähigkeit, das Baby zu retten, auch wenn sie sich dabei verletzt. Wir können unsere Roboter so gestalten, dass sie das Gleiche tun, um die Menschen um sie herum zu schützen, wenn sie herunterfallen.
Ich glaube nicht, dass Atlas auf einem langen, flachen Bürgersteig in statistisch relevanter Weise stürzen würde. Die Leute denken an das Video von überall hinfallenden Robotern bei der DARPA Robotics Challenge zurück, und das ist nicht die Art von Stürzen, über die wir uns jetzt Sorgen machen.
Gab es während der Entwicklung Ihres Roboters einen Punkt, an dem Stürze von normal zu ungewöhnlich wurden?
Agility ist nicht das einzige Robotikunternehmen, das seine Fehler mit einem Online-Publikum teilt. Boston Dynamics, Entwickler der Spot- und Atlas-Roboter, war möglicherweise das erste Unternehmen, dem wegen seiner Videos „Robotermissbrauch“ vorgeworfen wurde, und das Unternehmen stellt auf YouTube häufig Aufnahmen von erfolglosen und erfolgreichen Forschungsrobotern ein. Und inzwischen gibt es 1.100 Orte auf der Welt, die nützlich sind, Stürze kommen sowohl häufiger als auch sichtbarer vor.
Aaron Saunders: Wir haben einen massiven Metallrahmen um die Vorderseite von Atlas. Es ist in Ordnung, wenn es den Pflanzen zugewandt ist. Es steckt seine Gliedmaßen ein, um sie und andere Teile des Roboters zu schützen. Ein Mensch würde das Gegenteil tun – wir strecken unsere Gliedmaßen aus und versuchen, unseren Kopf zu schützen. Roboter können bestimmte Arten von Stößen und Kräften besser bewältigen als Menschen. Wir führen viele Gespräche darüber, wie Menschen Maschinen auf der Grundlage ihrer Selbstwahrnehmung wahrnehmen. Auf das Gesicht zu fallen ist ein gutes Beispiel für etwas, das für einen Roboter schlecht aussieht, aber vielleicht nicht wirklich schlecht ist.
Saunders: On Spot gibt es meiner Meinung nach heutzutage relativ wenige Lernmöglichkeiten. Wir wissen ziemlich genau, wozu Spot fähig ist, in welchen Situationen es zu einem Sturz kommen kann, was der Roboter in solchen Situationen wahrscheinlich tun wird und wie er sich erholen wird. Wir haben Spot so konzipiert, dass es stabil fällt, ohne zu brechen, und auch bei Stürzen wieder aufsteht. Offensichtlich gibt es einige Extremfälle: Einer unserer Industriekunden benötigte Spot, um einen seifigen Boden zu überqueren, was dem Laufen auf Eis so nahe kommt, wie es für alles mit Beinen eine Herausforderung ist. Deshalb richtete unser Kontrollteam in unserem Labor eine rutschige Umgebung ein, indem es Speiseöl auf Plastik verwendete, und begann dann einfach mit der „Robustisierung“. Sie fanden heraus, wie man Ausrutscher erkennt und den Gang des Roboters anpasst, und gingen von einer Situation, in der es regelmäßig zu Stürzen kam, zu einer Situation über, in der es selten zu Stürzen kam.
Hurst: Wenn Digit fällt, wäre es meiner Meinung nach großartig, wenn die Leute wüssten, dass die Reaktion der Ingenieure, die diesen Roboter gebaut haben, nicht sein würde: „Unser Roboter ist umgefallen, und das haben wir nicht erwartet!“ Es wäre nur ein Schulterzucken.
Die einzig realistische Möglichkeit, Digit sicher abbremsen zu lassen, bestand darin, ein Anhängsel zu haben, das herausragt und den Sturz auffängt. Und wo kann man dieses Anhängsel am besten finden? Sie erhalten die gleiche Antwort wie wenn Sie über Trägheitsbetätigung und bimanuelle Manipulation nachdenken. Digits Arme sind nicht da, wo sie sind, weil wir versuchen, einen Humanoiden zu bauen, sondern weil wir versuchen, Fortbewegungs- und Manipulationsherausforderungen zu lösen und sicherzustellen, dass wir den Roboter auffangen können, wenn er fällt.
Grundsätzlich ist es mir egal, ob der Roboter kaputt geht. Ich meine, es macht mir ein bisschen Sorgen, aber es ist mir sehr wichtig, wenn einer unserer Mitarbeiter ausfällt.
Saunders: Ich denke, die Leute sollten erkennen, dass es normal ist, dass Geräte manchmal ausfallen. Ausrüstung kann repariert, Ausrüstung verbessert werden und mit der Zeit wird die Ausrüstung immer zuverlässiger. Wenn Menschen diese Fehler sehen, kann es sich also um eine Situation handeln, die der Roboter noch nie erlebt hat. Sie sollten wissen, dass wir all diese Informationen sammeln und dass wir uns kontinuierlich verbessern und iterieren, und dass das, was sie jetzt sehen, nicht den Endzustand darstellt. Es repräsentiert einfach den heutigen Stand der Technologie.
Aaron Saunders von Boston Dynamics und Jonathan Hurst und Bambi Brewer von Agility Robotics über…
Wie groß ist die Gefahr, dass Ihr Roboter fällt?
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Jonathan Hurst: Leute posten lustige Videos von Haustieren oder Kindern, die einen Gesichtsausdruck zeigen oder eine Reaktion zeigen, mit der man sich identifizieren kann. Noch lustiger ist es, wenn es sich um einen Roboter handelt, der das normalerweise nicht tun würde. Und wenn Digit [bei ProMat] einfach zu sagen scheint: „Ich habe diese Arbeit so satt“ und hinfällt, sagen die Leute: „Ich verstehe dich, Roboter!“ Aber [Roboter sich so verhalten zu sehen] wird immer häufiger vorkommen, und wenn die Leute das sehen und es zu einem festen Bestandteil ihrer Erfahrung wird, wird die Neuheit nachlassen.
Und doch, auch wenn Stürze für die Robotiker inzwischen keine große Rolle mehr spielen, sind sie für die breite Öffentlichkeit immer noch eine große Sache. Wir haben kürzlich mit Jonathan Hurst, Chief Robot Officer von Agility Robotics, Bambi Brewer, Head of Customer Experience, sowie Aaron Saunders, CTO von Boston Dynamics, gesprochen, um zu verstehen, warum das so ist und ob sie glauben, dass sich die Dinge bald ändern werden.
Saunders: Bei fast allem, was wir auf Atlas tun, geht es darum, Grenzen zu überschreiten. Wir scheuen Stürze nicht, denn an einem sicheren Ort zu bleiben bedeutet, viel auf dem Tisch zu lassen, wenn es darum geht, die Leistung der Maschine zu verstehen und Probleme zu lösen. Bei unserer Entwicklungsarbeit fällt es immer wieder ab, sowohl weil wir es vorantreiben, als auch weil das Risiko oder die Gefahr sehr gering ist – wir bringen Atlas nicht in die Welt hinaus.
Hurst: Die andere Sache ist, lieber früher als später zu fallen. Wenn Sie nicht sicher sind, ob Sie das Gleichgewicht halten können, unternehmen Sie möglicherweise einen Schritt, um zu korrigieren, und dann noch einen Schritt, und dann bewegen Sie sich möglicherweise in eine Richtung, die nicht ganz kontrolliert wird. Wenn er also anfängt, das Gleichgewicht zu verlieren, können wir dem Roboter sagen: „Fall einfach.“ Du wirst wieder aufstehen.“
Der andere wichtige Fortschritt besteht darin, dass diese humanoiden Roboter normalerweise fallen können, ohne sich selbst zu zerstören. Während der DARPA Robotics Challenge im Jahr 2015 bedeutete ein Sturz für die Teilnehmer im Allgemeinen den Untergang, mit einer Ausnahme: CHIMP der Carnegie Mellon University, das buchstäblich wie ein Panzer gebaut war. Seitdem haben Robotiker versucht, Dinge wie Panzerung und Airbags hinzuzufügen, um einen fallenden Roboter in einem Stück zu halten. Aber jetzt können diese Roboter mit minimalem Aufwand fallen und wieder aufstehen. Sollten dennoch Schäden auftreten, können diese leicht repariert werden.
Hurst: Digit war darauf ausgelegt, zu fallen. Das ist einer der Gründe, warum es Waffen hat – um einen Sturz überleben zu können. Als wir den Roboter zum ersten Mal entworfen haben, haben wir uns gesagt: Okay, irgendwann wird der Roboter fallen, wie können wir ihn schützen? Wir haben berechnet, wie viel Polsterung wir benötigen würden, um die Beschleunigung auf die elektronischen Komponenten zu minimieren. Es stellte sich heraus, dass wir mehrere Zentimeter Polsterung benötigt hätten und Digit am Ende wie das Michelin-Männchen ausgesehen hätte.
Brewer: Zusätzlich dazu, dass der Roboter sicher fällt, müssen wir den Menschen ein klares Signal geben, ihnen zu sagen, dass sie nicht versuchen sollen zu helfen – treten Sie einfach einen Schritt zurück und lassen Sie den Roboter fallen. Es wird gut.
Wenn das nächste Mal ein Video eines umfallenden humanoiden Roboters viral geht, was möchten Sie, dass die Leute, die sich dieses Video ansehen, wissen, ob es sich um Ihren Roboter oder den eines anderen handelt?
Ich denke auch, dass es ein gewisses Gleichgewicht zwischen unseren Erwartungen an die Fähigkeiten von Robotern und dem Prozess geben muss, sie dazu zu bringen. Die Leute werden zu mir kommen und einen Roboter wollen, der erstaunliche Dinge kann, die Roboter noch nicht können, aber sie sind sehr nervös, wenn ein Roboter versagt. Wenn wir möchten, dass unsere Roboter erstaunliche Dinge tun, unser Leben bereichern und unsere Werkzeuge in der Belegschaft sind, müssen wir diese Fähigkeiten im Laufe der Zeit ausbauen, denn es handelt sich um eine neue Technologie und nicht um eine etablierte Technologie.
Wenn ein Roboter weiß, dass er bald fallen wird, was kann er dann tun, um sich selbst und die Menschen in seiner Umgebung zu schützen?
Bei Atlas erfolgt der fallende Zustand im Allgemeinen nach dem Teil, der uns wichtig ist. Was wir dort lernen, ist, was kurz vor dem Fall schief gelaufen ist. Wenn wir an einem von Atlas‘ Lufttricks arbeiten – sagen wir, etwas, das wir noch nie zuvor gelandet haben –, dann leisten wir natürlich eine Menge Arbeit, um herauszufinden, warum es zu Stürzen kommt. Aber wenn wir einfach nur im Labor herumlaufen und es dabei zu einem Fehltritt kommt, sind die Leute meiner Meinung nach nicht zu sehr gestresst, und wir stellen es einfach wieder hin, setzen es zurück und machen weiter.
Wir haben keine Angst vor einem Sturz – wir behandeln die Roboter nicht so, als würden sie ständig kaputt gehen. Unser Roboter fällt häufig, und wir haben vor langer Zeit beschlossen, dass wir Roboter bauen müssen, die fallen können, ohne zu zerbrechen. Wenn Sie diesen Zyklus durchlaufen können, indem Sie Ihren Roboter zum Scheitern bringen, den Fehler untersuchen und ihn beheben, können Sie dorthin gelangen, wo er nicht mehr zusammenbricht. Aber wenn Sie eine Maschine, ein Steuerungssystem oder eine Kultur so aufbauen, dass sie niemals fällt, werden Sie nie lernen, was Sie lernen müssen, damit Ihr Roboter nicht fällt. Wir feiern Stürze, sogar die Stürze, die den Roboter kaputt machen.
„Wir müssen den Menschen ein ganz klares Signal geben, ihnen zu sagen, dass sie nicht versuchen sollen zu helfen – treten Sie einfach zurück und lassen Sie den Roboter fallen.“ Es wird alles gut.“ – Bambi Brewer, Agility Robotics
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Wenn man über diese Sache nachdenkt: „Physik ist wahr“, dann werden Roboter tatsächlich übermenschliche Fähigkeiten haben können. Ein Roboter kommt der Kraft und Geschwindigkeit eines Menschen nahe, aber man kann mit einem Roboter viel größere Risiken eingehen, weil es einem egal ist, ob man etwas kaputt macht.
Roboter sollten fallen können. Wir sollten ihnen eine Pause gönnen, wenn sie es tun. Es ist in Ordnung, wenn wir über sie lachen. Aber wir sollten auch hart daran arbeiten, unsere Produkte sicher und zuverlässig zu machen und Dinge zu schaffen, denen wir vertrauen können, denn wenn wir unseren Robotern nicht vertrauen, werden wir sie nicht nutzen.
Brewer: Fälle sind Punkte, an denen jemand eine Fehlerkarte einreicht oder die Protokolle durchsieht. Sie versuchen herauszufinden, was passiert ist und wie sie sicherstellen können, dass so etwas nicht noch einmal passiert. Bei ProMat stimmte etwas mit einem Encoder im Arm nicht. Es wurde jetzt aktualisiert. Es handelte sich um einen Fehler, der zuvor noch nicht aufgetreten war. Wenn das passiert, friert der Arm des Roboters ein, aber der Roboter bleibt aufrecht.
Saunders: Wir haben diese Erkennungen in unserem Steuerungssystem, die ausgelöst werden, wenn der Roboter beginnt, etwas zu tun, wozu die Steuerung ihn nicht aufgefordert hat. Vielleicht fängt die Geschwindigkeit an, etwas zu bewirken, oder der Roboter befindet sich in einem Winkel, der nicht sein sollte. Wenn uns das zu der Annahme verleitet, dass es zu einem Sturz kommen könnte, führen wir einen anderen Controller aus, um zu versuchen, den Sturz zu verhindern – Atlas könnte beschließen, seine Arme zu schwingen, seinen Oberkörper zu bewegen oder sein Bein auszuwerfen. Und wenn das fehlschlägt, gibt es eine weitere Kontrollebene für den Fall, dass der Roboter wirklich fällt. Bei der letzten Ebene geht es darum, den Roboter in einen Zustand zu versetzen, der seine Haltung und Gelenksteifigkeiten so einstellt, dass er sich selbst und der Welt nur minimalen Schaden zufügt. Wie wir das genau machen, ist für jeden Roboter und für jede Sturzart unterschiedlich. Wenn Sie sich die Videos von Atlas ansehen, sehen Sie vielleicht, wie sich der Roboter zu einer kleinen Kugel formt – das ist eine Form und eine Reihe von Gelenksteifigkeiten, die ihm helfen, Stöße abzumildern und auch dabei helfen, Dinge um ihn herum zu schützen.
„Wenn eine Person ein Baby trägt und eine Treppe hinunterfällt, verfügt sie über diese Intuition und natürliche Fähigkeit, das Baby zu retten, auch wenn sie sich dabei verletzt.“ Wir können unsere Roboter so gestalten, dass sie das Gleiche tun, um die Menschen um sie herum zu schützen, wenn sie herunterfallen.“ – Jonathan Hurst, Agility Robotics
Hurst: Die Art und Weise, wie ich derzeit über den Roboter denke, ist wie die eines zweieinhalbjährigen Kindes. Sie stürzen häufiger als Erwachsene, und das ist nicht besonders besorgniserregend. Manchmal häuten sie sich das Knie. Und manchmal geht der Roboter etwas kaputt, wenn er fällt. Aber es lernt, und ich glaube, dass diese Roboter irgendwann noch seltener stürzen werden als Menschen. Die Physik gilt jedoch immer noch, und daher wird sie wahrscheinlich in der gleichen Größenordnung liegen wie die Häufigkeit, mit der Menschen stürzen. Es wird nicht selten sein.
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Glauben Sie, dass humanoide Roboter, die auf nichtmenschliche Weise fallen, einer der Gründe dafür sein könnten, warum Menschen so heftig auf diese Videos reagieren?
Hurst: Wir sind immer auf der Suche nach Fehlern, die Sie beheben können. Der Zusammenbruch von Digit bei ProMat war einer davon. In diesem Szenario hätte es eigentlich keine Notbremsung geben dürfen.
„Roboter sollten fallen können. Wir sollten ihnen eine Pause gönnen, wenn sie es tun.“ – Aaron Saunders, Boston Dynamics
Bambi Brewer: Menschen, die Roboter herstellen, verbringen viel Zeit damit, sie von ihrer besten Seite zu präsentieren. Die Art und Weise, wie sich Roboter bewegen, scheint sehr eintönig und sehr geskriptet zu sein. Ich kann verstehen, warum es sehr interessant ist, wenn etwas schief geht, denn die Öffentlichkeit sieht normalerweise nicht, wie das aussieht, und sie ist an solche Momente noch nicht gewöhnt.
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Um erfolgreich zu springen und zu landen, mussten wir Steueralgorithmen entwickeln, die die gesamte Masse und Dynamik des Roboters berücksichtigen können. Es ging nicht mehr darum, sorgfältig auszuwählen, wo man seinen Fuß bei jedem Schritt hinsetzt, sondern darum, die gesamte bewegte Masse auf wirklich robuste Weise zu koordinieren. Als Atlas also anfing zu springen und Parkour zu machen, wurde auch das Gehen einfacher. Vor ein paar Wochen kam ein neues Teammitglied zurück und wendete einige der neuesten Steuerungsalgorithmen, die wir für Parkour verwenden, auf unseren Standalgorithmus an. Mit diesen neuen Algorithmen haben wir große Verbesserungen in der Fähigkeit des Roboters gesehen, mit Störungen aus dem Stand umzugehen – wenn jemand den Roboter schubst, ist dieser neue Controller in der Lage, über seine gesamte Dynamik nachzudenken und zu argumentieren, was zu massiven Verbesserungen bei der Reaktion von Atlas führt.
Jeder sieht gerne zu, wie Roboter umfallen. Wir haben es verstanden, es ist lustig. Und wir hier bei IEEE Spectrum sind genauso schuldig wie jeder andere daran: Unsere Zusammenstellung von Robotern, die vor acht Jahren bei der DARPA Robotics Challenge umfielen, hat mehrere Millionen Aufrufe auf YouTube. Aber vor ein paar Monaten veröffentlichte Agility Robotics während der ProMat-Messe ein Video von einem seiner Digit-Roboter, der beim Stapeln von Kisten zusammenbrach, was auf Twitter, TikTok und Instagram für Furore sorgte. Agility gab schließlich gegenüber Associated Press eine Erklärung ab, in der es klarstellte, dass sich Digit aufgrund der Art der Arbeit nicht selbst deaktiviert habe, weshalb einige Zuschauer auf den viralen Clip reagierten.
Aus Ihren Website-Artikeln
Manchmal passieren diese Stürze jedoch, weil der Roboter katastrophal kaputt geht. Bei Atlas kommt es durchaus vor, dass uns der Fuß abbricht. Und zu diesem Zeitpunkt habe ich keine guten Antworten.
Brewer: Ich möchte, dass die Leute wissen, dass unerwartete Dinge passieren werden, wenn ein Roboter tatsächlich draußen auf der Welt ist und echte Dinge tut. Sie werden einige Stürze erleben, aber das gehört dazu, wenn Sie lernen, wirklich lange in realen Umgebungen zu laufen. Es wird erwartet und ist ein Zeichen dafür, dass Sie die Dinge nicht inszenieren.