Wie Roboter und Menschen am besten kooperieren

Sollen sich Haushaltsroboter in absehbarer Zeit durchsetzen, müssen sie sich an ihre Benutzer anpassen. Wie das am besten funktionieren könnte, untersuchen US-Forscher.

Wenn es nach Wissenschaftlern der University of Wisconsin-Madison geht, bekommt der Staubsaugerroboter Roomba bald einen neuen Freund: Sie haben einen Kinovo-Mico-Roboterarm so programmiert, dass er beim Spülen in der Küche hilft.

Ziel des Projekts ist kein marktreifes System. Stattdessen beschreibt das Team um Bilge Mutlu, Juniorprofessor für Computerwissenschaften, Psychologie und Produktionstechnik, in seiner Studie, wie Mensch und Maschine am besten zusammenarbeiten könnten.

Zentrale Erkenntnis dabei: Der Arbeitsprozess eines Haushaltsroboters muss an den Nutzer angepasst werden – nicht umgekehrt. "Wir wollen, dass Roboter unseren Vorgaben folgen oder ihre Aktionen zumindest so planen, dass sie sich des Menschen bewusst sind", so Mutlu.

Wie sich zeigte, ist ein solches Teamwork besonders wichtig. Die Forscher begannen zunächst damit, dem Roboter zu zeigen, wie zwei Menschen sich Teller von einem Trockengestell nahmen und diese in ein Regal stapelten. Ein Kinect-3D-Sensor überwachte dazu Geschwindigkeit und Position der Arme der Probanden bei der Übergabe. Das Szenario wurde dann wiederholt, wobei diesmal der Einsortierer sehr viel langsamer arbeitete – er musste ein einfaches mathematisches Problem lösen, bevor jeder Teller ins Regal gelegt werden durfte. Dies zwang den Greifer, seine Aktion an die Verfügbarkeit des Tellerempfängers anzupassen.

Die Forscher analysierten Daten von acht menschlichen Teams und fanden heraus, dass die Probanden eine Kombination von zwei Methoden nutzten, um mit lahmen Kollegen umzugehen. Einige warteten, bis ihr Partner für den nächsten Teller bereit war, andere arbeiteten einfach langsamer, um die Wartezeit zu überbrücken.

Mutlu installierte dann den Roboter als Zuarbeiter und überwachte die Performance des menschlichen Partners erneut mittels Kinect. Der verwendete Algorithmus konnte die Bereitschaft des Nutzers, den nächsten Teller anzunehmen, mit einer Genauigkeit von 90 Prozent vorhersagen. Die Forscher programmierten dann den Roboter so, dass er auf einen langsamen Mitstreiter mit drei verschiedenen Strategien reagierte.

Variante 1: Das System arbeitete so schnell wie möglich und hielt den Teller proaktiv vor den Nutzer, auch wenn dieser noch gar nicht bereit war. Variante 2: Der Roboter wartete, bis der Empfänger mit dem letzten Teller fertig war, bis der nächste gereicht wurde. Variante 3: Das System ahmte menschliches Verhalten nach und passte sich an die Geschwindigkeit des Benutzers an. Die Tellerweitergabe verlangsamte sich und pausierte gegebenenfalls.

Die Probanden wurden anschließend gebeten, jede der Varianten in Sachen Nutzererkennung, Flüssigkeit des Ablaufs, Intelligenz und Geduld zu bewerten. Ergebnis: Auf den Menschen reagierende und anpassungsfähige Roboter werden deutlich bevorzugt. Das intuitiv adaptive System arbeitet außerdem schneller – wenn auch nicht so schnell wie der proaktive Roboter. "Es gibt immer einen Zielkonflikt zwischen Teamleistung und Nutzererfahrung", sagt Mutlu, "die Menschen wollen mit dem Roboter in ihrer eigenen Geschwindigkeit interagieren und nicht die Effizienz maximieren".

Mutlu glaubt, dass Roboter in absehbarer Zeit beim Ausladen von Lebensmitteln, beim Anreichen von Teilen am Fließband oder beim Beibringen von Übungen im Rahmen der Rehabilitation eingesetzt werden könnten. Sollte die Idee funktionieren, dürfte die nächste Generation von Industrie- und Haushaltsrobotern viel stärker auf ihren menschlichen Besitzer achten – und auf ihn reagieren. (bsc)