und HTec verfügt über 360°-Multisensorik-Fähigkeiten
und interaktive Roboterfunktionen. – Bild: HTec GmbH
Der Bereich Robotik wächst stark und gewinnt zunehmend an Bedeutung. Ein Forschungsschwerpunkt sind dabei humanoide Roboter, also hochentwickelte Maschinen, die dem Menschen ähneln und mit Armen, Beinen, einem Rumpf und einem Kopf ausgestattet sind. Sie ahmen Bewegungen, Gelenkpositionen und Fortbewegungsweisen wie zweibeiniges Laufen nach, um in menschlichen Umgebungen zu agieren.
Die Realisierung humanoider Anwendungen erfordert eine Vielzahl unterschiedlicher Komponenten und ein hohes Integrations-Knowhow. Der von Infineon Technologies und HTec entwickelte Prototyp eines humanoiden Roboterkopfs ist dafür ein gutes Beispiel. Der Kopf zeigt, wie unter Nutzung vorhandener Mikrocontroller, Radarsensoren, Mikrofone oder Softwareanwendungen und mit der Entwicklung neuer Logikschichten die Integration in humanoide Systeme erfolgen kann.
Konkret besteht das System aus mehreren Subkomponenten, die jeweils eigene Aufgaben erfüllen: Radarsensoren mit integrierter Signalverarbeitung zur Objekterkennung, digitale Mikrofone mit hoher Empfindlichkeit und Detailgenauigkeit zur Audioerkennung, Magnetsensoren für die präzise Motorsteuerung etwa zur Bewegung des Kopfes oder Bild- und Time-of-Flight-Sensoren für die Tiefenwahrnehmung und Erfassung von Entfernungen. Auch Mikrocontroller übernehmen eine Schlüsselrolle: Sie verarbeiten die von den Sensoren gelieferten Umgebungsdaten, interpretieren sie und steuern darauf basierend die Reaktionen des Systems – z.B. die Bewegung des Kopfes in Richtung eines bestimmten Objekts.
Interdisziplinäre Zusammenarbeit
Die zentrale Aufgabe im Projekt bestand in der Verbindung unterschiedlicher Subsysteme, die jeweils eigene Software ausführen – etwa für Radarverarbeitung, Objekterkennung, Audio oder Motorsteuerung. Das führte zu technischen Schwierigkeiten, da die Systeme teilweise verschiedene Ziele verfolgten und nicht nahtlos zusammenarbeiteten. Folglich mussten die Lücken zwischen den Systemen geschlossen werden, indem manche Teile angepasst oder neu definiert wurden. Zudem wurden die unterschiedlichen Softwareprogramme in einer übergeordneten Logik zusammengeführt, die u.a. festlegt, welche Aufgaben Priorität haben. Die enge Zusammenarbeit von HTec und Infineon spielte bei der Einbettung der einzelnen Technologien in ein zusammenhängendes System eine wichtige Rolle: Während Infineon Technologies die Sensorik und Software beisteuerte, verantwortete HTec die Konzeption, Integration und Softwareimplementierung. Ein wesentlicher Bestandteil war dabei die Entwicklung von Embedded Software, um die Radar-, ToF- und Audiodaten in einer zentralen Steuerungsarchitektur zu kombinieren.
Die steigende Bedeutung von KI
Der humanoide Roboterkopf in seinem Prototypenstatus stellt die grundlegende Technologie vor. Er erkennt Objekte oder Menschen in der Umgebung und reagiert darauf, indem er sich z.B. bewegt. Die technische Grundlage dafür ist die gemeinsame Auswertung von Radar-, ToF-, Mikrofon- und Kameradaten mittels KI, um räumliches Bewusstsein, Tiefenwahrnehmung und Geräuschlokalisierung zu ermöglichen. In der nächsten Entwicklungsstufe wird KI eine zunehmend wichtigere Rolle spielen. U.a. soll ein KI-Modell integriert werden, um die erfassten Daten intelligenter zu nutzen. So könnten Gesten erkannt, Aktionen interpretiert oder Bewegungen besser gesteuert werden. Ziel ist es, die Technologie flexibel an unterschiedliche Anwendungen anpassen zu können, je nach Bedarf des Nutzers.
Ein besonderer Fokus liegt künftig auch auf der Verbesserung der Audiofunktionen, etwa zur Bestimmung der Richtung, aus der ein Geräusch kommt, oder zur Erkennung bestimmter Schlüsselwörter. Da bereits Hardware und Sensortechnologie vorhanden sind, besteht der nächste Schritt darin, KI-Modelle darauf anzuwenden, um die Benutzererfahrung weiter zu verbessern.
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