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Ferngesteuerter Roboter: Alexander Gerst und der Fluch der Telerobotik

Werden teilautonome Roboter der Menschheit dabei helfen, den Mars zu besiedeln? Die Tücken der Technologie hat der deutsche Astronaut nun auf der ISS kennen gelernt.
Justin am DLR Pfaffenhofen

Justin ist verwirrt. Gerade noch hat er seinen muskulös anmutenden Oberarm gehoben, die langen Finger gespreizt und in die Menge gewinkt. Nun steht er in einer künstlichen Marslandschaft und wirkt reichlich ratlos: Eigentlich müsste er, der rollende Roboter, in diesem Augenblick auf eine Solaranlagen-Attrappe blicken. Das Videobild, das die Kameras in Justins künstlichen Augen aufzeichnen, zeigt allerdings eine Meute Kameramänner.

Auch Alexander Gerst ist überrascht. An Bord der Internationalen Raumstation ISS hat der Astronaut den Auftrag bekommen, Justin zu steuern, während dieser vor einer Marstapete durch ein Labor der DLR-Zweistelle im bayerischen Oberpfaffenhofen rollt. Der Deutsche soll dem Roboter mit einem Tablet-Computer Aufgaben übermitteln, die Justin dann weitgehend selbstständig ausführt. Beim Winken hat das noch gut geklappt. Jetzt aber sieht Gerst auf seinem Tablet, dass Justin laut Übersichtskarte auf eine Solarzelle blickt, während seine Videobilder Kameramänner zeigen. »Da ist eine Abweichung«, funkt Gerst konsterniert zur Erde, »und ich wundere mich, was das soll.«

Die Verwirrung, obwohl unbeabsichtigt, kommt gar nicht so ungelegen. Schließlich steht an diesem Freitagnachmittag Lernen auf dem Programm – sowohl auf der ISS, 400 Kilometer über dem Erdboden, als auch vor den Toren Münchens: Gerst soll von Justin lernen. Justin soll von Gerst lernen. Und die Forscher hinter dem Projekt namens »Meteron Supvis-Justin« wollen von beiden lernen.

Telerobotik-Test
Justin und Alexander Gerst | Am 17. August 2018 steuerte Alexander Gerst (zu sehen auf dem Monitor im Vordergrund) von der ISS aus den Roboter Justin in der DLR-Zweigstelle in Oberpfaffenhofen bei München.

Denn zu lernen gibt es noch viel, soll eines Tages das große Ziel erreicht werden. Das große Ziel, es heißt Mars: Wenn – oder besser: falls – irgendwann Menschen zum Roten Planeten aufbrechen, werden sie direkt nach der Ankunft sicherlich nicht mit einem großen Schritt die Marsoberfläche betreten. Nach fast einem Jahr im All, das zeigen Langzeitaufenthalte auf der ISS, ist der menschliche Körper nicht in der Lage, aufrecht stehend der Schwerkraft zu trotzen. Trotz täglichen Trainings haben sich die Muskeln in der Schwerelosigkeit zu stark zurückgebildet. An den umgehenden Aufbau von Behausungen ist somit nicht zu denken.

Testlauf für die erste Marsmission

»Die Idee lautet daher: Wir lassen stattdessen Roboter all die anstrengenden, gefährlichen, immer wiederkehrenden Aufgaben erledigen«, sagt Thomas Krueger, Leiter des Human Robot Interaction Lab bei der Europäischen Raumfahrtagentur ESA. Doch auch hier gibt es ein Problem: Nach heutigem Stand der Technik arbeiten Roboter bei Weitem nicht autonom genug, um zum Beispiel Marsstationen aufzubauen oder Versorgungsanlagen zu reparieren – und es ist unklar, ob sie es jemals sein werden. »Wenn ein Astronaut jeden Roboter eins zu eins steuern muss, wird das allerdings enorm teuer und der Aufbau eines Marshabitats dauert wahrscheinlich 50 Jahre«, sagt Markus Grebenstein, stellvertretender Leiter des DLR-Instituts für Robotik und Mechatronik in Oberpfaffenhofen.

Der Ausweg heißt Teilautonomie. Der Roboter, in diesem Fall Justin, soll dank seiner Kameraaugen, seiner künstlichen Intelligenz sowie seiner Sensoren in Fingern, Rumpf und Armen viele Aufgaben selbstständig lösen – angefangen vom Umlegen eines Schalters bis zum Austausch einer defekten Steuereinheit in einer Satellitenanlage. Ihm muss nur vom Astronauten in der Marsumlaufbahn gesagt werden, wann und wo er diese Fähigkeiten anwenden soll. Der Roboter ähnelt somit einem Handwerksgesellen, der vom Meister eine Anweisung bekommt und sich dann – mal besser, mal verbesserungswürdig – an die Arbeit macht.

Der Weltraum als Point-and-Click-Adventure

Der Ansatz ist neu. Das Programm, das Gerst auf seinem Weltraum-Tablet vorgefunden hat, wirkt hingegen altbekannt. Es weckt Erinnerungen an die grafischen Computerabenteuer aus den 1990er Jahren, die so genannten Point-and-Click-Adventures. Bei einem besonders beliebten Vertreter des Genres, der Space-Quest-Reihe, mussten Spieler zum Beispiel den etwas ungeschickten Weltraumhausmeister Roger Wilco dabei unterstützen, die Welt stets aufs Neue zu retten. Klickten sie irgendwo hin, bewegte sich Roger an diese Stelle. Klickten sie auf einen Gegenstand, konnte Roger ihn erkunden, benutzen, einstecken. Und später mit ihm das nächste Rätsel knacken.

»Die Botschaft an den Astronauten muss immer lauten: Der Roboter ist intelligent, aber du bist der Boss«
(DLR-Projektleiter Neal Lii)

Auch Gerst kann Justin mit einem Fingerzeig auf seinem Tablet an einen neuen Ort schicken. Er kann den Kopf bewegen und damit den Bildausschnitt verändern, den ihm die Kameraaugen übermitteln. Er kann Gegenstände, die Justin erkannt hat, anklicken und den Roboter zur Interaktion mit ihnen auffordern, seien es Schalter, Türen oder Antennen.

»Wir wollen, dass die Astronauten den Roboter als Kollegen begreifen, der ihnen hilft, sie aber keinesfalls ersetzt«, sagt DLR-Projektleiter Neal Lii. Der Ingenieur hält an diesem Nachmittag den Kontakt zur Raumstation. Er lobt Gerst, beantwortet Fragen, gibt Kommandos, die er »Empfehlungen« nennt. Lii sagt: »Die Botschaft an den Astronauten muss immerzu lauten: Der Roboter ist intelligent, aber du bist der Boss.«

Alexander Gerst ist heute aber nicht nur der Boss. Der deutsche Raumfahrer ist vor allem auch Versuchskaninchen: Von seinem orbitalen Außenposten, der mit 28000 Kilometern pro Stunde um die Erde rast, soll er beweisen, wie praktikabel das Steuerprogramm für Justin ist, wie intuitiv es bedient werden kann, wo die Probleme liegen, was verbessert werden muss.

Gersts Vorgänger war begeistert von Justin

Er ist dabei nicht der Erste: Bereits Gersts italienischer Kollege Paolo Nespoli konnte im August 2017 Erfahrungen mit Justin sammeln. Er war damals so begeistert, dass er in der Mittagspause zwei ISS-Kollegen zu sich holte, die dem Roboter staunend Befehle gaben. Und doch ist dieses Mal etwas anders: Im Vorfeld von Gersts Flug war zwar Zeit für ein öffentlichkeitswirksames Händeschütteln mit Justin. Als der deutsche Raumfahrer im Rahmen seines Trainings eingewiesen werden sollte, funktionierte allerdings die Datenverbindung zum Astronautenzentrum in Köln nicht. Alles, was Gerst an Vorbereitung bekam, war eine Powerpoint-Präsentation.

Beste Voraussetzungen also, um unvoreingenommen die Benutzeroberfläche zu testen. Oder um verwirrt zu werden. Denn eigentlich sollte Justin dank seiner Beschleunigungssensoren stets wissen, welche Strecken und Drehungen er zurückgelegt hat. Wenn er aber – wie vom neugierigen Gerst angewiesen – erst einmal munter durch die Gegend fährt, umherschaut, sich um die eigene Achse dreht und dann noch winkt, kann die berechnete Orientierung mitunter von der tatsächlichen Richtung abweichen. Kleine schwarz-weiße Muster, die die Ingenieure auf bekannte Objekte geklebt haben, helfen dann weiter. Solch ein Muster ist im Kamerabild aber nicht zu erkennen, als Justins Augen die Kameraleute in Oberpfaffenhofen in den Blick nehmen.

Kosmonaut Alexander Gerst
Kosmonaut Alexander Gerst

»Da ist noch immer diese Abweichung«, knarzt es aus dem ISS-Funk. Gerst kann das Rätsel allein nicht knacken. Also hilft ihm DLR-Projektleiter Lii. Zähneknirschend. Es ist ein ständiges Abwägen: Soll man dem Astronauten Tipps geben, soll man ihn beim Schummeln unterstützen, oder soll man zuschauen, wie er schließlich selbst zu einer Lösung kommt, dabei aber wertvolle Crewzeit verstreichen lässt. »Das ist letztlich wie bei einer Prüfung: Irgendwann muss man ein Problem abhaken und zur nächsten Aufgabe übergehen«, sagt Lii.

Gerst bekommt immer wieder eine Fehlermeldung

In der Realität ist das allerdings nicht so einfach: Bei Flügen zum Mond dauert es knapp drei Sekunden, bis die Antwort auf einen Funkspruch ankommt. Da kann die Bodenkontrolle noch helfen. In der Umgebung des Mars steigt die Signallaufzeit aber auf 20 Minuten. So lange will niemand auf eine Antwort warten, insbesondere nicht, wenn – wie gerade in Oberpfaffenhofen – eine simulierte Computereinheit zu rauchen beginnt. »Am besten ist es, wir müssen dem Astronauten gar nichts erklären, weil dafür im Notfall ohnehin keine Zeit sein wird«, sagt Lii.

Alexander Gerst hingegen hat Gesprächsbedarf. Der Versuch, Justin zum Herausnehmen der rauchenden Einheit zu bewegen, endet stets mit einer Fehlermeldung. Sie ist ähnlich nichts sagend wie das berühmte »Es tut mir leid, Dave, aber das kann ich nicht tun« des übergeschnappten Bordcomputers HAL aus dem Film »2001: Odyssee im Weltraum«, nur nicht so bedrohlich.

Erfahrene Computerspieler würden in diesem Augenblick wohl wissen, dass Justin erst die Schublade mit dem defekten Bauteil herausziehen muss, bevor er die schmorende Einheit ausbauen kann. Oder sie würden so lange knobeln, bis sie es herausfinden. Gerst ist nicht zum Knobeln zu Mute. Er fühlt sich, so scheint es, alleingelassen. »Warum klappt das nicht?«, scheppert es aus dem Funkgerät. »Es wäre wirklich gut, das zu wissen.«

0,8 Sekunden Verzögerung

Auch sonst geizt der Astronaut nicht mit Verbesserungsvorschlägen. Er fragt nach einer Zoomfunktion (»Kommt auf unsere Liste«, kontert Lii), wünscht sich mehr Kontext, mehr Informationen. Das allerdings ist neben der Kommunikation das zweite grundlegende Problem: »Wir testen uns noch immer heran, wie viel Informationen wir den Astronauten geben können, ohne sie zu überlasten oder zu verwirren«, sagt Lii. »Es ist ein ständiges Abwägen, aber wir stehen ja auch noch am Anfang.«

Thomas Krueger, der ESA-Laborleiter, schaut all dem gespannt zu. Er steht fast am Ende seines Forschungsprogramms namens Meteron, zu dem auch die Versuche mit Justin gehören. In der Vergangenheit haben ISS-Astronauten bereits Kommunikationswege getestet, Rover gelenkt und Roboterarme ferngesteuert, bei denen die auf der Erde gespürten Kräfte zurückgegeben wurden. Für den Aufbau komplexer Strukturen, bei denen Roboter direkt kontrolliert werden müssen, wäre solch direktes Feedback eigentlich ideal.

Bis ein Kommando von der Raumstation über Satelliten zur Bodenstation und weiter nach Oberpfaffenhofen läuft (und denselben Weg zurück), vergehen allerdings 0,8 Sekunden. Die Rückmeldung kommt also stark verzögert an. Zudem sind Astronauten im Orbit, so Krueger, weniger empfindlich. Die Kräfte müssen stärker ausfallen, um realistisch wahrgenommen zu werden. Verglichen damit wäre die Teilautonomie der deutlich einfachere Weg.

Vor der Marstapete in Oberpfaffenhofen schlägt Justin derweil schwungvoll die Tür einer reparierten Empfangsstation zu. Aufgabe erledigt, Welt gerettet. »Das ist beeindruckend und ein großer Schritt für Wissenschaft und Technologie«, funkt Gerst von der ISS. »Mein tiefer Respekt an alle Ingenieure.« Es klingt professionell, fast schon pflichtschuldig. Gersts Kollegin Serena Auñón-Chancellor, die zufällig vorbeikommt und sich Justins Fortschritte zeigen lässt, wirkt deutlich enthusiastischer. »Sehr, sehr cool«, sagt die Amerikanerin, reckt beide Daumen nach oben und schwebt weiter. Vielleicht ist sie aber auch nur die bessere Computerspielerin.

34/2018

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 34/2018

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