Mit Motion-Capture-Technik: Humanoide Roboter bewegen sich menschenähnlich

Ein Wissenschaftsteam der Stanford University und Simon Fraser University hat das Teleoperated whole-body imitation system (Twist) entwickelt, mit dem humanoide Roboter in Echtzeit mit menschenähnlichen Bewegungen gesteuert werden können. Twist kombiniert dabei Motion-Capture-Technik mit Methoden des Verstärkenden Lernens und des Nachahmungslernens.

"Wir wollen, dass Humanoide das gleiche Maß an Ganzkörpergeschicklichkeit besitzen wie Menschen", sagt Yanjie Ze, Erstautor der Studie "TWIST: Teleoperated Whole-Body Imitation System", die im Preprint auf Arxiv erschienen ist. "Stellen Sie sich eine unordentliche Küche vor. Menschen können Dinge mit zwei Händen halten und ihre Füße benutzen, um Hindernisse zu bewegen, etwa einen Korb auf dem Boden. Menschen können auch die Tür mit den Seiten ihres Körpers oder ihren Ellbogen öffnen. Wir wollen, dass Humanoide dasselbe können, indem wir den Menschen direkt imitieren."

Dazu nutzt Twist Daten, die mit Motion-Capture-Technik mit MoCap-Geräten erfasst wurden. Die Körperbewegungen realer Menschen werden dabei über einen MoCap-Anzug mit Markierungspunkten und optischen Systemen präzise verfolgt und erfasst. Dabei werden Bewegungsdaten über alle Körperteile hinweg gesammelt – also nicht nur von Armen, Händen, Beinen und Füßen, sondern auch von den Rumpf- und Hüftbewegungen sowie Bewegungen des Kopfes. Die Daten werden mittels einer Künstlichen Intelligenz (KI) in Befehle umgewandelt, die humanoide Roboter ausführen können.

Die Forscher nutzten dazu einen humanoiden G1-Roboter von Unitree. Dabei stellten sie fest, dass es ausreichte, Ganzkörperbewegungen zu erfassen und diese exakt auf die Gelenke des Roboters zu übertragen. Zugleich wird sichergestellt, dass die Bewegungen der verschiedenen Gliedmaßen koordiniert erfolgen. Die Wissenschaftler fanden auch heraus, dass Twist eine höhere Genauigkeit bei der Ganzkörpersteuerung bietet als frühere Systeme. Twist ermöglicht so vielfältige Bewegungen und Fähigkeiten in Echtzeit, die bisher nicht möglich waren. Nach Angaben der Forscher können auch andere humanoide Roboter mit Twist angesteuert werden.

Als bemerkenswert heben die Forscher hervor, dass die erfassten Ganzkörperdaten völlig ausreichen, um einen humanoiden Roboter damit steuern zu können. Die Bewegungen fallen menschenähnlich aus und die Roboter erlangen dadurch eine ganzkörperliche Geschicklichkeit. Die erfassten Daten können außerdem dazu verwendet werden, um humanoide Roboter zu trainieren und ihnen menschenähnliche Bewegungen und Geschicklichkeit beizubringen.

Die Wissenschaftler wollen nun daran arbeiten, die Datenerfassung zu erweitern. Roboter sollen dadurch in die Lage versetzt werden, autonome Fähigkeiten zu erlernen.

(olb)