Aachen: Bastian Leibe bringt Robotern an der RWTH das Sehen bei

Aachen: Bastian Leibe bringt Robotern an der RWTH das Sehen bei

Karl hat zwei große Kulleraugen und einen mächtigen Schnauzbart. Er hat alles im Blick, auch wenn seine Augen nicht viel mehr als zwei Plastikkugeln sind — die ganz keck zwinkern können. Die Kameras und Sensoren auf dem Kopf leiten Karl über die Flure des Hochschulbaus, in dem Informatiker der RWTH ihre Büros bezogen haben.

Er sieht, wenn Bastian Leibe in seinem Büro sitzt, und an den Algorithmen forscht, die die Informatiker auf diesem Flur bewegen. Karl braucht sie. Karl ist ein Roboter.

Bastian Leibe ist Professor für Informatik an der RWTH Aachen. Er baut keine Roboter, das machen andere. Aber er ist derjenige, der Robotern das Sehen beibringt. Speziell Serviceroboter, also solche, die Menschen als Assistenten dienen.

Sehen! Roboter wie Karl sollen unterscheiden können, ob vor ihm ein Tisch, ein Stuhl oder Doktoranden stehen — zumindest Menschen. Leibe kann Robotern keine menschlichen Augen einbauen, aber es lassen sich Kameras installieren, deren Bilder sich so auswerten lassen, dass die Roboter das Gesehene auch verstehen. „Computer Vision“ nennt sich seine Disziplin, früher wurde es mal „Bildverstehen“ genannt. Mittels Algorithmen (also Rechenformeln) sollen die Bilder (also Daten) von einem Computer erkannt und direkt interpretiert werden. Leibe ist einer der führenden Forscher auf diesem Terrain — deswegen wurde er von „Die digitale Gesellschaft“ im Rahmen des Wissenschaftsjahres zu Deutschlands „digitalen Köpfen“ gezählt. Davon gibt es nur 39.

Der digitale Kopf hat braune Haare und ist 39 Jahre alt. Wer wie Bastian Leibe 1975 geboren wurde, hat Computer als Commodore 64 oder 128 kennengelernt. Leibe hat sich zuerst für die Technik und dann für die Spiele begeistern lassen. Er hat als Schüler programmieren gelernt, eignete sich Programmiersprachen so selbstverständlich an wie Englisch oder Französisch. Er wollte seinen C128 verstehen.

Es war eine Zeit, in der Roboter vor allem eines waren: Science-Fiction. Als George Lucas 1977 „Krieg der Sterne“ (Star Wars) ins Kino brachte, gewann alle Welt ein Bild, wie Roboter in der Zukunft an unserer Seite stehen würden. Dieses Bild wurde Jahrzehnte von Comics und Fernsehen geprägt. Vom goldenen C3PO und den knuffigen weil knubbeligen R2D2, die sozusagen als Serviceroboter an der Seite von Luke Skywalker und Han Solo so manches Abenteuer erlebten. Und ganz so falsch ist dieses Bild nicht, wenn Karl nun bei den Aachener Informatikern unterwegs ist. Allein: Karl ist Wirklichkeit. Karl ist Gegenwart. Keine Science-Fiction.

Karl ist ein Serviceroboter aus einem EU-Projekt, das „STRANDS“ heißt. Bei diesem Projekt soll ein Roboter entwickelt werden, der in einem Seniorenheim zunächst einmal beobachtet, um die täglichen Abläufe (verstehen) zu lernen. Dafür hat er Kameras, Leibe und seine Mitarbeiter sorgen mit ihren Algorithmen dafür, dass er die Bilder interpretiert — sie bringen ihm das Sehen bei. Der Roboter soll erkennen, wenn diese Abläufe durcheinander geraten und in solchen Fällen dem Pflegepersonal assistieren. Es mag unglaublich klingen. Aber Bastian Leibe sagt: „Die Technik ist in den letzten 15 Jahren immens fortgeschritten.“

Wie weit die Technik ist, zeigt ein anderes Beispiel, das eine ganze Branche im Moment in Bewegung versetzt: das selbstfahrende Auto. Auch hier müssen Kameras und Sensoren die Umgebung erkennen und in Echtzeit das Fahrverhalten an den Straßenverkehr mit all den anderen Teilnehmern — Auto- und Radfahrer, auch Fußgängern — angepasst werden. Und das zuverlässig und sicher. Fahrassistenzsysteme sind ein Anfang und der ist bereits gemacht. „Autos reichen sehr stark an Roboter heran. Hier werden Anwendungen durch die Hintertür Teil unseres täglichen Lebens und wir nehmen den Roboter gar nicht wahr“, erläutert Leibe. So ein selbstfahrendes Auto ist also im Prinzip ein Roboter — und wir sitzen drin. „Wenn ich im Stau stehe, könnte ich mir schon etwas Besseres vorstellen, als die ganze Zeit das Lenkrad in der Hand zu halten, um immer nur ein paar Meter vorzufahren“, sagt Leibe.

Roboter sind in unserem Alltag viel verbreiteter, als angenommen werden kann. Die Frage ist: Würden wir einen Roboter überhaupt erkennen? Sind selbstfahrende Staubsauger und intelligente Küchenmaschinen nicht auch Roboter. Ja, das sind sie. Bastian Leibe hat zuhause einen Rasenmäher, der seine Umgebung erfassen kann und dann ganz systematisch den Rasen mäht. Auch das ist ein Serviceroboter, der den Alltag erleichtert. R2D2 für den eigenen Garten.

Und dann erst in der Industrie! Eine neue Statistik der International Federation of Robotics sagt aus, dass in Deutschland in der Industrie auf 10.000 Arbeiter 273 Roboter kommen. Mehr noch als in den USA (141) oder China (23), aber weniger als in Südkorea (396) und Japan (332). Die programmierten Kollegen sind auf dem Vormarsch.

Noch gibt es Grenzen

Natürlich hat die Technik dabei noch Grenzen. Bastian Leibe arbeitet an dieser Grenze, wenn er Computern das Sehen beibringt. „Dynamische Umgebungen erfordern Vorhersagen, um sich entsprechend zu verhalten“, erläutert er eine wichtige Herausforderung. „Wir müssen die Bild- und Videodaten nutzbar machen“, sagt Leibe. Für das menschliche Hirn ist es ganz normal, visuelle Reize zu verarbeiten. Computer brauchen dafür Algorithmen. Und zwar ganz schön viele. Ein Baum darf am Ende nicht für ein Auto gehalten werden. „Für uns ist Sehen lernen das A und O“, sagt Leibe.

Sein Informatikstudium ging bereits zu Ende, da hat er Computer Vision für sich entdeckt. Er ging von Stuttgart ans Georgia Tech in die USA, um seinen Master zu machen. Dort hat er gesehen, dass das Thema voller spannender Forschungsfelder steckt. Er promovierte an der ETH in Zürich, arbeitete in Darmstadt und dann wieder an der Eidgenössischen Technischen Hochschule, 2008 ereilte ihn dann der Ruf an die RWTH Aachen. Es war zunächst eine Junior-Professur, seit 2011 ist das „Junior“ gestrichen. Heute sagt er: „Computer Vision ist für mich ein Glücksgriff.“

Es gibt ein anderes EU-Projekt, in dem in Aachen Algorithmen für einen Servierroboter entwickelt werden, der eines Tages Passagiere an einem Flughafen von einem Gate zum nächste geleiten soll. Diesem Roboter darf niemand verloren gehen, und gleichzeitig muss er mit einer Art Höflichkeit agieren, die Menschen auch von einer Maschine erwarten können. Science-Fiction? Nein, Realität. Neben Forschungspartnern aus ganz Europa sind der Amsterdamer Flughafen Schiphol und die niederländische Fluglinie KLM Partner des Projektes „SPENCER“. Bastian Leibe will auch diesen Serviceroboter sehend machen. Das Bild vom goldenen C3PO, der das unorthodoxe Duo Luke Skywalker und Han Solo durchs Weltall begleitet, kommt zwangsläufig in den Kopf.

Leibe betont: „Wir arbeiten daran, so etwas möglich zu machen. Das Raumschiff müssen andere bauen.“

Für Bastian Leibe geht es immer um zwei Ziele: Die Roboter, denen er das Sehen schenkt, sollen dem Menschen helfen, oder dort zum Einsatz kommen, wo es für den Menschen gefährlich wird — wie in den Katakomben unter Rom. Auch hier ist die RWTH-Informatik Teil eines großen EU-Projektes mit vielen Partnern (ROVINA). In diesem Fall soll ein Roboter die Katakomben unter der ewigen Stadt erforschen, indem er sie ganz autonom oder ferngesteuert abläuft und dokumentiert. Für Archäologen wäre das viel zu gefährlich.

Einsturzgefährdet

Weite Strecken sind einsturzgefährdet, anderswo ist so viel Radon-Gas in der Luft, dass die Arbeit für Menschen gesundheitsgefährdend wäre. Gleichzeitig ist die Erforschung der Katakomben wichtig, das lehren die Erfahrungen beim U-Bahn-Ausbau. Da wartet manche Überraschung im Untergrund, die so ein Roboter in Zukunft vorab erkennen kann — wenn er richtig sieht.

Dieses Ziel hat Bastian Leibe ständig vor Augen. An Karl kann er die Fortschritte sehen. In einem speziellen Fall, sind diese aber noch nicht zu erkennen: Kaffee kochen, das kann Serviceroboter Karl noch nicht.