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Mehr Akzeptanz für autonome Roboter im öffentlichen Raum schaffen

Quelle: ADLATUS GmbH

Bachelorstudiengang Elektrotechnik: Abschlussarbeit im Bereich Display- und LED-Technologie

 

Noch immer herrscht in Zusammengang mit autonomen Robotern im öffentlichen Raum eine gewisse Skepsis vor. Dem menschlichen Gegenüber ist nicht immer klar, wohin oder wie schnell der Roboter sich bewegt, was er zur Aufgabe oder zum Ziel hat und ob seine Bewegung ggf. eine Gefahr darstellen könnte. Diese Ängste zu minimieren und für mehr Sicherheit im öffentlichen Raum zu sorgen – das war die Motivation hinter Etienne Charriers Bachelorarbeit im Studiengang „Elektrotechnik/ Informationstechnik“ (ET/IT) an der Fakultät für Technik der Hochschule Pforzheim. Im Rahmen seiner Abschlussarbeit „Advanced HMIs and Evaluation of Various Display Techniques for Autonomous Robots in Public Spaces“ untersuchte der 26-Jährige verschiedene LED- und Displayszenarien bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen und Bodenbeschaffenheiten. „Die Kommunikation zwischen Mensch und Roboter muss intuitiv sein und für Menschen verschiedenen Alters, verschiedener Nationalität und verschiedener Auffassungsgabe leicht verständlich sein“, so Etienne Charrier. Seine Bachelorarbeit ist eingebettet in das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Forschungsprojekt „RobotKoop“, in dessen Rahmen kooperative Interaktionsstrategien für Serviceroboter – sowohl für den privaten als auch öffentlichen Bereich – entwickelt werden. Industrielle Projektpartner sind die ADLATUS Robotics GmbH und die InMach Intelligente Maschinen GmbH, wissenschaftliche Partner neben der HS PF sind die Hochschule Ravensburg-Weingarten sowie die Universität Ulm. Etienne Charrier stellte seine Bachelorthesis, gemeinsam mit seinem Betreuer Professor Dr. Karlheinz Blankenbach, auf der electronics display Conference 2021, eine der größten europäischen Display-Konferenzen, vor. Auch auf renommierten Konferenzen in den USA (SID Display Week) sowie in China (International Conference on Display Technology (ICDT)) waren die Ergebnisse der RobotKoop-Projektgruppe Teil des wissenschaftlichen Programms.

Der Fokus des RobotKoop-Projekts liegt auf der Erforschung intuitiver, akzeptabler, vertrauenswürdiger, sicherer und menschenähnlicher Interaktionsstrategien. Grundlage dieser Strategien ist ein psychologisches Rahmenmodell der Mensch-Roboter-Interaktion (MRI), das die Ableitung von Anforderungen an die MRI und die Evaluation ihrer psychologischen Wirkung erlaubt. In zwei Szenarien werden auf dieser Grundlage Interaktionsstrategien umgesetzt und hinsichtlich ihrer psychologischen Wirkung evaluiert. Die Strategien dienen dabei der Optimierung der Interaktion, zur verständlichen Anzeige des geplanten Fahrwegs des Roboters, zur Aufgabenkommunikation und zu Verhandlungen mit umstehenden Personen während der Aufgabenerfüllung.

Der Beitrag der Hochschule Pforzheim war die Analyse der beiden Bereiche Projektionslösungen sowie Direktsichtlösungen, also die Anzeige über ein LCD-Display oder ein LED-Band. „Im öffentlichen Bereich, in Industriehallen oder Geschäftsräumen, sind oftmals hohe Umgebungsleuchtdichten vorhanden. Wenn ich dann noch einen dunklen Boden habe, habe ich mit meiner Projektionsfläche natürlich Schwierigkeiten, ein ausreichendes Kontrastverhältnis für ein sicheres Erkennen zu generieren“, beschreibt Etienne Charrier die Herausforderung, die Botschaften, die der Roboter mit verschiedenen Projektionstechnologien auf den Fußboden sendet, auch zu erkennen. Um eine möglichst ideale Passung zwischen Lichtverhältnissen, Bodenbeschaffenheit und Roboterprojektion zu ermitteln, untersuchte der ET/IT-Absolvent von Oktober 2020 bis Januar 2021 sämtliche Fußbodenbeläge in Gebäuden auf dem Pforzheimer Campus. Seine Messreihe ermittelte er mithilfe einer in der Mechatronik-Werkstatt der Fakultät für Technik selbst konstruierten Vorrichtung: „Die Basis bietet eine Trägerplatte, in deren Mitte ein Ausschnitt, der Messfleck, freie Sicht auf den Boden gewährt. Seitlich haben wir eine diffuse Lichtquelle sowie gegenüber ein Leuchtdichtenmessgerät (Chromameter) angebracht“, so Etienne Charrier. Ziel war es, die Technologie zu identifizieren, die bei einer möglichst hohen Umgebungsleuchtstärke immer noch ein Kontrastverhältnis von mindestens 2:1 gewährleistet. „Dieses Verhältnis definiert auch die ISO 15008, die als Richtlinie im Automobilbereich Anwendung findet, als sicher erkennbar im Straßenverkehr“, so der Absolvent.
Die Auswertung der Messergebnisse mit zwei Projektoren unterschiedlicher Leistungsklassen (100 Lumen und 4000 Lumen) sowie mit LED- und Laser-Technik aus dem Veranstaltungsbereich und die Untersuchung der LCD-Anzeige mit einem Tabletdisplay mündete in den Vorschlag der idealen Projektions- und Direktsichtlösung. Diese findet nun ihre erste beispielhafte Anwendung bei der ADLATUS Robotics GmbH.