iCub3: Ferngesteuerter Roboter ermöglicht Menschen, sich durch Avatare zu verkörpern

Der ferngesteuerte Roboter iCub3 kann auch über große Entfernungen hinweg eine erstaunlich gute Vertretung eines Menschen sein. In Experimenten war es einem Forscher mit Hilfe dieser zweibeinigen Maschine möglich zu sehen, zu hören und sogar haptische Eindrücke über die Roboterhände zu empfinden. Gleichzeitig ahmte der humanoide Roboter die Bewegungen des 300 Kilometer entfernten Forschers nach, kopierte dessen Gesichtsausdruck und gab dessen Stimme wieder.

Die Forschergruppe um Stefano Dafarra vom Istituto Italiano di Tecnologia in Genua (Italien) nahm mit iCub3 am internationalen Roboter-Avatar-Wettbewerb ANA Avatar XPrize teil. Die Technik und die bewältigten Aufgaben haben die Wissenschaftler nun in der Fachzeitschrift «Science Robotics» beschrieben.

Informationsaustausch läuft in beide Richtungen

«Wir präsentieren ein vielseitiges Avatarsystem, das es Menschen ermöglicht, sich durch humanoide Roboter verkörpern zu lassen», schreiben die Forscher. Dabei läuft der Informationsaustausch in beide Richtungen: Der Bediener lässt den Avatar laufen sowie Arm- und Handbewegungen ausführen. Er kommuniziert über den Avatar mit Menschen über seine Stimme und seine Mimik, insbesondere die Augenbrauen, den Mund und die Augen – iCub3 ist in der Lage zu blinzeln, wenn er grellem Licht ausgesetzt ist.

Der Bediener erhält umgekehrt sensorische Eindrücke vom Roboter. Er trägt ein erweitertes Headset für virtuelle Realität. Das Gerät zeigt ihm Kamerabilder des Avatars an und ermöglicht ihm, die Aufnahmen des eingebauten Mikrofons in Echtzeit zu hören. Das Headset zeichnet auch die Mimik des Bedieners auf und überträgt sie zum Avatar. Ein Ganzkörperanzug und spezielle Handschuhe ermöglichen es dem Bediener, Berührungen des Roboters zu spüren. Kraft-Drehmoment-Sensoren erfassen auch das Gewicht, wenn dem Roboter etwas in die Hände gelegt wird.

Die Schuhe des Bedieners auf der Laufplattform enthalten auch solche Sensoren, die die Kraft und das Drehmoment messen, die der Bediener mit dem Boden austauscht und dem Avatar die Laufbewegung vorgeben. Da das Gleichgewicht bei zweibeinigen Robotern immer ein Problem ist, verfügt iCub3 über ein automatisches Ausgleichssystem, das zum Beispiel dann beansprucht wird, wenn der Roboter eine Last transportiert.

Auftritte vor großem Publikum

Im November 2021 bewegte sich iCub3 durch die Kunstausstellung Biennale in Venedig, während er aus Genua gesteuert wurde, der 290 Kilometer entfernt liegt. Der Bediener sammelte Eindrücke von der Ausstellung und führte Gespräche mit einer Begleiterin. Am Ende umarmte die Begleiterin den Roboter, und der Bediener und sein Avatar erwiderten die Umarmung. Im Juni 2022 trat iCub3 vor 2000 Zuschauern bei einer Show des We-Make-Future-Festivals in Rimini (Italien) auf. Wieder wurde er aus Genua ferngesteuert, diesmal über eine Entfernung von 300 Kilometern.

Beim Wissenschaftswettbewerb ANA Avatar XPrize im selben Jahr belegte iCub3 im Halbfinale den zweiten Platz. Es bewältigte unter anderem die Aufgaben, Teile eines Puzzles zu legen, die Oberfläche einer Vase zu ertasten und ihr Gewicht zu schätzen sowie mit einer Tasse anzustoßen. Beim Finale im November 2022 in Los Angeles stieß iCub3 gegen einen Torpfosten, fiel hin und schied damit vorzeitig aus. Dafarra und Kollegen sind dennoch stolz auf ihre Leistung: «Unser Avatarsystem war das einzige, das im Finale Aufgaben durch zweibeinige Fortbewegung mit einem leichten Satz von Bediengeräten, bestehend aus kommerziellen und maßgeschneiderten Wearables, erledigte», schreiben sie in der Studie.