Roboter lernen Pizza backen

Haben Sie schon einmal versucht, Pizzateig so gekonnt durch die Luft zu wirbeln wie ein Pizzaiolo oder eine Pizzaiola? Gar nicht so einfach. Für Roboter ist aber bereits das normale Ausrollen von Teig eine Herausforderung. Denn die Form des Teigs kann sich auf viele Arten ändern, die nur schwer vorhersehbar sind.

Wie das Massachusetts Institute of Technology (MIT) mitteilt, braucht es für das Herstellen einer neuen Form aus Teig zudem mehrere Arbeitsschritte und den Einsatz unterschiedlicher Werkzeuge. "Für einen Roboter ist es besonders schwierig, eine Manipulationsaufgabe mit einer langen Abfolge von Schritten zu erlernen, bei der es viele mögliche Optionen gibt, da das Lernen oft durch Versuch und Irrtum erfolgt", heisst es.

Forschende des MIT, der Carnegie Mellon University und der University of California in San Diego haben sich zusammengetan, um das Pizza-Problem zu lösen. Sie entwickelten einen Rahmen für ein Roboter-Manipulationssystem, das einen zweistufigen Lernprozess verwendet. Dieser soll es dem Roboter-Pizzaiolo ermöglichen, komplexe Aufgaben zur Teigmanipulation über einen langen Zeitraum auszuführen.

Ein "Lehrer"-Algorithmus löst jeden Schritt, den der Roboter ausführen muss, um die Aufgabe zu erfüllen. Dann trainiert er ein maschinelles "Schüler"-Modell, das abstrakte Ideen darüber erlernt, wann und wie die einzelnen Fähigkeiten, die während der Aufgabe benötigt werden - wie die Verwendung eines Nudelholzes - auszuführen sind.

Planen wie ein Mensch

"Diese Methode ist näher an der Art und Weise, wie wir als Menschen unsere Handlungen planen. Wenn ein Mensch eine Aufgabe mit langem Zeithorizont ausführt, schreiben wir nicht alle Details auf. Wir haben einen übergeordneten Plan, der uns grob die Etappen und einige der Zwischenziele vorgibt, die wir auf dem Weg dorthin erreichen müssen, und dann führen wir sie aus", sagt Yunzhu Li, Doktorandin im Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL).

Abgesehen vom Pizzabacken könnte die von den Forschenden als "DiffSkill" bezeichnete Methode auch in anderen Bereichen zum Zug kommen. Das MIT nennt hier einen Pflegeroboter, der ältere oder motorisch eingeschränkte Menschen füttert, badet oder anzieht.

Das Manipulationssystem (rechts) verglichen mit einem menschlichen Pizzaiolo. (Source: MIT)

Wie es weiter heisst, war "DiffSkill" in der Lage, gängige Techniken zu übertreffen, bei denen ein Roboter eine Aufgabe durch Versuch und Irrtum erlernt. "Unser System bietet eine neuartige Möglichkeit für Roboter, Fähigkeiten zu erwerben. Diese Fähigkeiten können dann verkettet werden, um komplexere Aufgaben zu lösen, die über die Fähigkeiten bisheriger Robotersysteme hinausgehen", sagt Lin.

Nach Pizzateig kommt Stoff

Die Forschenden wollen "DiffSkill" weiter optimieren, indem sie anstelle von Bildern 3-D-Daten als Eingaben verwenden. Ausserdem wollen sie den Planungsprozess des neuronalen Netzes effizienter gestalten und mehr unterschiedliche Trainingsdaten sammeln, um die Fähigkeit zur Verallgemeinerung auf neue Situationen zu verbessern. Langfristig hoffen sie, "DiffSkill" auf vielfältigere Aufgaben anwenden zu können, einschliesslich der Manipulation von Stoffen.

Ob die Forschenden während des Brainstormings gerade Hunger hatten, sich von der Pizzeria gegenüber des Campus inspirieren liessen oder für ihre Entwicklung einfach einen Teig brauchten, der simpel und günstig in der Zubereitung ist, löst das MIT übrigens nicht auf. Auch, wie viele Pizzen sie sich während ihrer Forschungsarbeit bestellten, wird nicht deklariert.

Lesen Sie ausserdem: Anlässlich der CES stellte Moley Robotics vergangenes Jahr eine Küche vor, die selbstständig kochen soll. Laut Moley bereitet der in die Küche integrierte Roboter auf Knopfdruck Mahlzeiten zu. Dank seinen Armen und Händen könne der Roboter Produkte aus dem Kühlschrank holen, den Herd bedienen, gebrauchtes Geschirr ins Spülbecken transportieren etc.