Roboterlernen und Tastsensorik

Multimaterieller modularer Aufbau durch Roboterlernen und Tastsensorik

Nahaufnahme eines Lernversuchs eines Roboters, der lernt, die taktile Architekturmontage mit SL-Blöcken durchzuführen.

Laufzeit: 7.2020 – 3.2021

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Projektteam:

Prof. Jan Peters, Ph. D. | FB 20, FG Intelligente Autonome Systeme (IAS)

Prof. Dr.- Ing. Oliver Tessmann | FB 15, FG Digitales Gestalten (DDU)

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Projektbeschreibung:

Die globalen Herausforderungen der Architektur und der Bauindustrie, wie z.B. CO2-Emissionen, Abfallproduktion und geringe Produktivität, werden derzeit durch computergestütztes Design, digitale Fabrikation und Robotik angegangen. Digital vorgefertigte modulare Bausysteme versprechen, die Art und Weise, wie wir bauen, in Bezug auf Produktivität, Präzision und zukünftige Wiederverwendung zu verbessern. Computergestützte Designwerkzeuge und digitale Fertigung ermöglichen eine parametrische Massenanpassung von Modulen oder eine komplexe Kombinatorik von diskreten Elementen (Gershenfeld et al. 2015). Die robotergestützte Montage und spätere Wiedermontage dieser Elemente vor Ort unter chaotischen und unvorhersehbaren Umständen ist jedoch immer noch ein ungelöstes Problem (Melenbrink et al. 2020).

In diesem Projekt werden lernbasierte Ansätze für die robotergestützte Montage von modularen Strukturen als vielversprechende Richtung zur Erhöhung der Intelligenz und Autonomie in allen Phasen des architektonischen Prozesses, vom Entwurf bis zur Fertigung, untersucht. Ausgehend von einem Entwurfsziel, z. B. einer Silhouette einer gewünschten Struktur, wird eine Sequenz von Montageschritten durch einen Reinforcement-Learning-Algorithmus generiert.

Anschließend werden die Module von einem Roboterarm zusammengebaut, wobei reichhaltiges visuelles und taktiles Feedback von Kameras und taktilen Sensoren an den Fingerspitzen des Roboters genutzt wird. Das Problem der Verwendung solcher reichhaltigen Feedbacksignale wird im Detail untersucht, was Einblicke in die Anforderungen an die modularen Strukturdesigns liefert und Forschungsfragen zu lernbasierten Kontrollalgorithmen für die autonome Robotermontage aufwirft.

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Publikationen:

Gershenfeld, N., Carney, M., Jenett, B., Calisch, S. and Wilson, S., 2015. Macrofabrication with digital materials: Robotic assembly. Architectural Design, 85(5), pp.122–127.

Melenbrink, N., Werfel, J. and Menges, A., 2020. On-site autonomous construction robots: Towards unsupervised building. Automation in Construction.