Mensch-Maschine-Interaktion — Folge 1: Robotik

Der Begriff der Mensch-Maschine-Interaktion beschreibt im Wesentlichen, wie Menschen und Maschinen zusammenarbeiten. Für die Interaktion zwischen Mensch und Maschine müssen andere Rollenbilder entwickelt werden, als es in einer Mensch-Mensch-Relation der Fall ist. In unserer ersten Folge der Serie “Mensch-Maschine-Interaktion” beschäftigen wir uns mit der Robotik. Mittlerweile haben Roboter in zahlreichen Anwendungsbereichen Einzug gefunden. Neben den klassischen Industrierobotern wird Robotik im Gesundheitswesen oder auch im Katastrophenschutz eingesetzt. Vor allem kollaborative Robotersysteme gewinnen mehr und mehr an Bedeutung.

Die Disziplin beschäftigt sich mit der menschengerechten Ausgestaltung der Interaktion mit den Robotern im ethischen, rechtlichen und technischen Sinne sowie der Konzeption von Mensch-Roboter-Teams. Die Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin hat umfassende Studien zur Mensch-Roboter-Interaktion veröffentlicht. Die Relation lässt sich anhand der Interaktionsklassifikation, der Roboterklassifikation und der Teamklassifikation strukturieren.

Interaktionsformen zwischen Mensch und Roboter

In der Richtlinie Robots 2020 von Spar Robotics werden Roboterfähigkeiten festgehalten, die zur Kooperation und Kollaboration mit dem Menschen notwendig sind: Autonomie, Zuverlässigkeit, Perzeption (im Sinne der Wahrnehmung des menschlichen Teampartners), Handhabung, Kognition, Interaktion, Bewegung, Adaption und Konfigurierbarkeit. Die Fähigkeiten stehen in Abhängigkeit zueinander. So ist die Interaktion abhängig von Perzeption, Handhabung, Kognition. Bisher sind drei Formen der Interaktion zwischen Mensch und Roboter definiert:

Koexistenz: Mensch und Roboter haben nicht das gleiche Arbeitsziel. Sie erledigen voneinander unabhängige Aufgaben. Sie nutzen dabei jedoch die gleiche Ressource, beispielsweise den gleichen Arbeitsraum. Eine Koordination zwischen Mensch und Roboter ist notwendig, um Kollisionen, also Schäden oder Verletzungen, zu vermeiden.

Kooperation: Die Aufgabe von Mensch und Roboter verfolgt das gleiche Ziel, Mensch und Roboter erledigen jedoch einzelne Teilaufgaben individuell.

Kollaboration: Die Aufgabe von Mensch und Roboter verfolgt das gleiche Ziel und wird gemeinsam bearbeitet.

Neben den geschilderten Interaktionsformen kann der Mensch verschiedene Interaktionsrollen einnehmen — neben dem Kooperateur und dem Kollaborateur beispielsweise die Rolle des Supervisors oder des Operateurs. Der Supervisor überwacht die Arbeit des Roboters. Dies ist beispielsweise oft bei klassischen Industrierobotern der Fall. Stellt der Mensch einen Fehler fest, kann er einschreiten. Der Operator steuert die Bewegungen des Roboters aktiv, der Roboter arbeitet nicht selbstständig.

Roboterklassifikation

Ein wichtiges Forschungsgebiet der Mensch-Roboter-Interaktion ist die Ausgestaltung und der Einsatzbereich des Roboters. Daraus ergeben sich zahlreiche Fragestellungen:

• Welche Aufgaben können von Robotern übernommen werden?
• In welchen Bereichen wollen wir Roboter einsetzen?
• Welche Aufgaben dürfen Roboter selbstständig durchführen und welche nicht?
• Welche Aufgaben müssen beim Menschen bleiben?

Ein weiterer großer Bereich ist die Ausgestaltung des Roboters hinsichtlich der Usability aber auch mit Blick auf die Ethik. Zunehmende Bedeutung hat die Autonomie. Wie hoch soll der Autonomisierungsgrad des Roboters sein? Für wiederkehrende, einfache Aufgaben wie das Aussortieren von Mängelexemplaren oder simplen Fertigungsarbeiten sehen viele eine vollautonome Arbeitsweise unkritisch. Geht es aber darum, selbstständige Entscheidungen zu treffen, beispielsweise im Gesundheitswesen oder Human Ressources, löst der Gedanke autonomer Roboter bei vielen Angst aus. Es bleibt also zu entscheiden, wie stark der Mensch in die Entscheidungen in verschiedenen Anwendungsbereichen eingreift.

Abhängig von Aufgaben- und Einsatzgebiet des Roboters variieren die Gestaltungselemente, die vom Mensch gut angenommen werden. Für Industriemaschinen ist beispielsweise eine funktionale Ausgestaltung breit akzeptiert. Arbeiten Mensch und Roboter enger zusammen, kann ein anderes Erscheinungsbild gewünscht sein. Soll der Roboter humanoid, also dem Menschen nachempfunden sein? Auch zoomorphe Formen, also Roboter, deren Form tierischen Charakter haben, sind für einige Bereiche gut geeignet. Ein Beispiel ist der Roboter-Hund Spot, der in Zeiten von Corona Bürgerinnen und Bürger in Singapur auf die Regelungen hinweist und gegebenenfalls ermahnt. Wie kommuniziert der Roboter mit dem Menschen und umgekehrt? Wie groß ist der Roboter und welche Bewegungsmöglichkeiten hat er? All diese Aspekte der Robotergestaltung haben Einfluss auf die Interaktion sowie die Nutzerakzeptanz.

Mensch-Roboter-Team

Wie ist das Team zwischen Mensch und Roboter aufgebaut und wie arbeiten sie zusammen? Um diese Frage zu beantworten, müssen vier Faktoren berücksichtigt werden: Zeit, Raum, Mengenverhältnis und Kommunikation. Arbeiten Mensch und Roboter gleichzeitig an einer Aufgabe oder muss eine bestimmte zeitliche Reihenfolge eingehalten werden? Dieser Faktor steht in Abhängigkeit der räumlichen Nähe. Arbeiten Mensch und Roboter im gleichen Raum, ist gegebenenfalls nur Platz für einen Akteur zur gleichen Zeit. Oder aber Roboter und Mensch müssen synchron arbeiten, damit die Arbeit reibungslos verlaufen kann. Kommt auf jeden Menschen ein Roboter oder mehrere? Bei größeren Industrierobotern könnte auch die Anzahl der Mitarbeiter überwiegen, die mit dem Robotiksystem arbeiten.

Welche Modalitäten werden im Sinne der Kommunikation zur Interaktion genutzt? Modalitäten beschreiben die Schnittstellen, die es zur Interaktion zwischen Mensch und Roboter braucht. Im Falle des Menschen sind hier die Sinnesorgane gemeint, beim Roboter werden verschiedene Sensoren eingesetzt. Dabei wird angestrebt, alle Modalitäten zu ermöglichen, die auch in der Mensch-Mensch-Interaktion vorhanden sind, beispielsweise die auditive, visuelle, taktile Modalität. Diese können einzeln angesprochen werden (unimodal) oder kombiniert werden (multimodal). Der Roboter kann über eine Steuerung bedient werden, auf Sprachbefehle oder visuelle Reize reagieren.

All diese Komponenten haben Auswirkung auf die Akzeptanz des Roboters im Arbeitsumfeld sowie die physische und psychische Belastung der Mitarbeiter. Forschungsgebiete sind hier vor allem langfristige Beanspruchungsfolgen, die Arbeitszufriedenheit und die Arbeitssicherheit.

Sicher Arbeiten mit Robotern

Die direkte Interaktion zwischen Mensch und Roboter bringt ein Gefährdungspotenzial für den Menschen mit sich. Es werden daher verschiedene Sicherheitsvorkehrung zur Vermeidung von Kollision zwischen Mensch und Roboter in Form von sensibler Sensorik und Arbeitsraumüberwachung getroffen. Daran werden auch Entscheidungen zur Physik der Roboter getroffen, wie beispielsweise das Gewicht, die Arbeitsgeschwindigkeit oder abgerundete Kanten. Auch müssen gewisse Schutzmechanismen im Verhalten der Roboter berücksichtigt werden. Wie reagiert der Roboter beispielsweise, falls es zu physischem Kontakt mit dem Menschen kommt? Ein weiterer Punkt ist die Belastung des Menschen durch die Arbeit mit dem Roboter.

Das Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF beschäftigt sich mit dem Arbeitsschutz in der Mensch-Roboter-Kollaboration. In einem Interview haben wir mit Professor Johannes Tümler gesprochen, welcher viele Jahre am Fraunhofer IFF tätig war. Er beteiligte sich unter anderem an einem Forschungsprojekt, das sich mit der Beanspruchung durch Augmented Reality (AR) Devices beschäftigte. Hier geht’s zum Interview.

Wie wir in Zukunft mit Robotern interagieren

Wir werden den Nutzen von Robotern für weitere Bereiche unseres Lebens erschließen. Nicht zwangsläufig bewegen sich diese in einem Arbeitsumfeld. Social Robots arbeiten mit Menschen, verrichten jedoch keine wertschöpfenden, kommerziellen Aufgaben. Für die Interaktion braucht es neue Interaktionsrollen. Denn anders als bei Industrierobotern, sehen Social Robots den physischen Kontakt mit dem Menschen sogar vor. Hier sind entsprechend noch komplexere Sicherheitsmaßnahmen zu treffen. Beispielsweise bei Pflegerobotern: Die Arbeit erfolgt nicht neben dem Menschen, sondern am Menschen. Der Roboter übernimmt den aktiveren Part. Umso vielfältiger die Einsatzgebiete von Robotern werden, umso differenzierter muss ihre Ausgestaltung, die Sicherheitsmechanismen und die Nutzerakzeptanz betrachtet werden.

Welche Aspekte sind wichtig in der Mensch-Roboter-Interaktion?

• Die Interaktionsform zwischen Mensch und Roboter und die Interaktionsrolle des Menschen
• Die Gestaltung des Roboters im Sinne der Morphologie, der Kommunikation und der Bedienung
• Aufgabenbereiche und Einsatzgebiete der Roboter
• Ethische Fragestellungen zum Autonomisierungsgrad des Roboters
• Die Zusammensetzung und Eigenschaft des Mensch-Roboter-Teams
• Arbeitsschutz und Sicherheitsvorkehrung in der Interaktion zwischen Mensch und Roboter