Forschung
Seite im Aufbau!
Hier entsteht aktuell die Webpräsenz des Lehrstuhls Adaptive Autonomie und Off-Road Robotik für den Bereich Forschung.
Forschungsschwerpunkte
Die Forschung am Lehrstuhl basiert auf drei eng miteinander verzahnten Säulen.
- Die Grundlagenforschung adressiert zentrale wissenschaftliche Fragestellungen autonomer Robotersysteme, die system- und anwendungsunabhängig sind.
- Darauf aufbauend fokussiert sich die Säule der Anwendungen auf den Einsatz autonomer Systeme in anspruchsvollen Szenarien, beispielsweise im Off-road-Bereich, in der Forstwirtschaft, bei der Feuerwehr sowie bei Robotern in der Pflege.
- Ergänzt wird dies durch die Entwicklung leistungsfähiger Technologien, darunter adaptive Architekturen, Middleware sowie unterschiedliche robotische Plattformen, die als experimentelle und methodische Basis für Forschung und Transfer dienen.
Säule 1: Grundlagenforschung
Adaptive Autonomie
Adaptive Autonomie bildet einen zentralen Forschungsschwerpunkt des Lehrstuhls. Ziel ist die Entwicklung einer Autonomie für Robotersysteme, die ihr Wahrnehmungs-, Entscheidungs- und Handlungsverhalten flexibel an wechselnde Umweltbedingungen, Aufgaben und Systemzustände anpassen können. Die Anpassung erfolgt sowohl datengetrieben auf Basis aktueller Sensordaten (Bottom-up) als auch situativ und wissensbasiert durch Kontext, Missionsziele und Erfahrung (Top-down).
Verlässliche Robotersysteme (Dependable Robotics)
Der Lehrstuhl befasst sich mit der Entwicklung verlässlicher autonomer Robotersysteme, die sich unter Unsicherheiten, Störungen und unvollständiger Information zuverlässig, sicher und nachvollziehbar agieren. Der zugrunde liegende Engineering-Ansatz umfasst dabei sowohl die Software- als auch die Hardwareentwicklung und betrachtet den gesamten Lebenszyklus autonomer Systeme.
Verhaltensnetze (Behavior Networks)
Verhaltensnetze und Methoden der verhaltensbasierten Robotik sind ein zentrales Konzept der Lehrstuhlforschung zur Modellierung und Umsetzung adaptiven und verlässlichen Verhaltens autonomer Robotersysteme. Die zentrale Idee besteht in einer strikten Dekomposition der Autonomie in Verhaltensmodule sowie in der gezielten Gestaltung ihrer jeweiligen Interaktion. Auf diese Weise wird eine dezentrale Anpassung von Steuerung und Perzeption ermöglicht, wodurch autonome Systeme flexibel auf Veränderungen in Umwelt, Aufgabe und Systemzustand reagieren können.
Autonomik
Autonomik beschreibt eine junge, interdisziplinäre Wissenschaftsdisziplin, die sich umfassend mit dem Entwurf, dem Verständnis und dem Einsatz autonomer Systeme beschäftigt. Im Mittelpunkt stehen nicht nur die klassischen technischen Aspekte wie Wahrnehmung, Entscheidung und Handlung autonomer Systeme, sondern auch übergreifende Fragestellungen aus Wissenschaft und Gesellschaft. Dazu gehören Fragen der Zuverlässigkeit, Sicherheit, Mensch-Maschine-Interaktion, ethische und rechtliche Rahmenbedingungen sowie die Integration autonomer Systeme in komplexe, reale Umgebungen. Ziel der Autonomik ist es, autonome Systeme ganzheitlich zu erforschen, zu validieren und nachhaltig in innovative Anwendungen zu überführen.
Säule 2: Anwendungsfelder von adaptiven Robotersystemen
Off-road Umgebungen
Die Off-road-Domäne stellt besonders hohe Anforderungen an autonome Robotersysteme, da sie durch unstrukturierte, dynamische und nur eingeschränkt vorhersagbare Umgebungen gekennzeichnet ist. Bodenbeschaffenheit, Vegetation, Wetterbedingungen und Sichtverhältnisse können sich kontinuierlich ändern und führen zu stark variierenden Anforderungen an Wahrnehmung, Entscheidungsfindung und Steuerung. Die Forschung des Lehrstuhls adressiert diese Herausforderungen durch adaptive autonome Konzepte, robuste Wahrnehmungs- und Kontrollstrategien sowie verlässliche Systemarchitekturen, die einen sicheren und leistungsfähigen Einsatz autonomer Systeme auch unter wechselnden Einsatzbedingungen ermöglichen.
Säule 3: Technologien (Software, Hardware, Robotersysteme)
Robotik-Middleware FINROC
Finroc ist ein leistungsfähiges, modulares Software-Framework zur Entwicklung und zum Betrieb komplexer Robotik- und Steuerungssysteme in Forschung und Anwendung, welches seit 2008 entwickelt wird. Zielsetzung ist es autonome Systeme aus wiederverwendbaren, qualitätsgeprüften Komponenten effizient aufgebauen. Zusätzlich stehen umfangreiche Werkzeuge zur Verfügung, etwa zur Visualisierung, Datenerfassung und Simulationsunterstützung, die die Entwicklung, Analyse und den Einsatz von Robotik-Software erheblich erleichtern. Finroc wird sowohl in der Forschung als auch in der Industrie eingesetzt und ständig weiterentwickelt.
Selbstadaptive Roboterarchitektur REACTiON
Die REACTiON-Architektur ist ein modularer, verhaltensbasierter Systementwurf, der speziell entwickelt wurde, um die Wahrnehmungs- und Entscheidungsfähigkeit autonomer Roboter in unstrukturierten Off-road-Umgebungen deutlich robuster und adaptiver zu machen. Kernidee ist es, klassische datengetriebene Algorithmen wie neuronale Netze nicht isoliert anzuwenden, sondern ihre Ergebnisse im Kontext von Verhalten, Umweltwissen und situativer Bedeutung zu verarbeiten und dynamisch zu bewerten. Die Architektur erlaubt eine automatische Rekonfiguration und Parametrisierung der Wahrnehmungs- und Verarbeitungsprozesse entsprechend den Eigenschaften unterschiedlicher Roboter-Plattformen und Sensorik, was hohe Wiederverwendbarkeit und Flexibilität über verschiedene Systeme und Einsatzgebiete hinweg ermöglicht.
Was kommt als Nächstes?
Aktuelles aus der Forschung
Am Lehrstuhl für Adaptive Autonomie und Offroad-Robotik leitet uns die Überzeugung, dass intelligente Systeme dynamisch mit der realen Welt interagieren müssen, anstatt sich auf abstrakte Modelle zu beschränken. Unsere aktuelle Forschung verbindet theoretische Grundlagen mit praktischen Anwendungen und fokussiert sich auf Roboter, die in hochgradig komplexen und unvorhersehbaren Umgebungen zuverlässig wahrnehmen, sich anpassen und entscheiden können. Durch die Kombination verlässlicher Softwarearchitekturen wie REACTiON mit robusten Plattformen entwickeln wir die nächste Generation autonomer Systeme für anspruchsvollste Offroad-Herausforderungen.
Wissenschaftliche Beiträge
Entdecken Sie unsere neuesten Erkenntnisse. Wir teilen unsere Forschungsergebnisse zu adaptiven Systemen, Autonomik und Offroad-Technologien transparent mit der globalen Wissenschafts- und Industriegemeinschaft.