Forschung Bessere Orientierung für Roboter

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Turbotrack soll die Zusammenarbeit und Genauigkeit von Robotern verbessern. Mit RFID-Tags identifiziert und lokalisiert das System Objekte im Raum. Die Herausforderungen lagen im Zusammenspiel von Geschwindigkeit und Genauigkeit.

Die meisten Roboter orientieren sich mithilfe von Sensoren oder Kameras und Bildverarbeitungssystemen. Doch wie beim menschlichen Sehen sind die Fähigkeiten begrenzt und Objekte in einer unübersichtlichen Umgebung werden schnell übersehen. Forscher vom MIT (Massachusetts Institute of Technology) wollen das nun ändern. Dazu haben sie Turbotrack entwickelt. Bei dem System werden RFID-Tags auf Objekte aufgebracht. Ein Schreib-/Lesegerät sendet ein drahtloses Signal, das vom RFID-Tag und den Objekten in dessen Nähe reflektiert und an das Lesegerät zurückgeworfen wird. Ein Algorithmus durchsucht alle reflektierten Signale, um die Antwort des RFID-Tags zu finden. Abschließende Berechnungen nutzen dann die Bewegung des RFID-Tags, um die Lokalisierungsgenauigkeit zu verbessern.

Um das System zu validieren, brachten die MIT-Forscher einen RFID-Tag an einem Verschluss und einen weiteren an einer Flasche an. Ein Roboterarm positionierte den Verschluss und legte ihn auf die Flasche, die von einem zweiten Roboterarm gehalten wurde. In einer weiteren Demonstration verfolgten die Forscher RFID-gestützte Nanodronen beim Andocken, Manövrieren und Fliegen. In beiden Aufgaben war das System so genau und schnell wie herkömmliche Bildverarbeitungssysteme. Also kein Grund, die Technik zu wechseln. Doch Turbotrack funktioniert auch bei Anwendungen, bei denen Bildverarbeitung versagt. Das komme daher, berichten die Forscher, dass die Hochfrequenzsignale (HF) des RFID Ziele auch in unübersichtlichen Umgebungen und durch Wände hindurch identifizieren können. Mit den Worten von Fadel Adib, Assistant Professor und Principal Investigator im MIT Media Lab und Gründungsdirektor der Signal Kinetics Research Group: „Wenn Sie HF-Signale für Aufgaben verwenden, die typischerweise mithilfe von Bildverarbeitungssystemen durchgeführt werden, ermöglichen Sie Robotern nicht nur menschliche Dinge, sondern auch übermenschliche.” Und das ist sogar finanziell skalierbar, denn die Kosten für einen RFID-Tag liegen im Cent-Bereich.

In der Fertigung könnte das System präzisere und vielseitiger einsetzbare Roboterarme ermöglichen, zum Beispiel bei der Aufnahme, Montage und Verpackung von Artikeln entlang einer Montagelinie.

Geschwindigkeit mit Präzision vereint

Das große Problem ist die Abstimmung von Geschwindigkeit und Präzision. Um präzise zu sein, kann es einige Sekunden dauern, bis ein sich bewegendes Objekt gefunden wird; erhöht man die Geschwindigkeit, verlieren die Systeme an Genauigkeit. Um sowohl Präzision als auch Geschwindigkeit zu erreichen, ließen sich die Forscher von einer Bildgebungstechnik namens „Super-Resolution Imaging” inspirieren. Diese Systeme fügen Bilder aus verschiedenen Winkeln zusammen, um ein feineres Bild zu erhalten. „Wenn sich etwas bewegt, erhält man mehr Perspektiven bei der Verfolgung, sodass man die Bewegung für Genauigkeit nutzen kann”, erklärt Adib die Idee. Also versendet das System zusätzlich Breitbandsignale und die Forscher haben einen „Raum-Zeit-Superauflösungsalgorithmus” entwickelt. Bewegt sich das Objekt mit dem RFID-Tag, ändert sich der Signalwinkel leicht. Durch den ständigen Vergleich der sich ändernden Entfernung des RFID-Signals mit den Entfernungen der anderen Signale, kann das System den RFID-Tag im dreidimensionalen Raum finden. Dies alles geschieht in Sekundenbruchteilen. ■

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