Mit Robotern lernen
Studium: Knifflige Probleme werden in einem Speziallabor der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg gelöst - mit Hilfe eigens konstruierter und programmierter Kleingeräte.

Von Hans-Arthur Marsiske

Roboter sind fotoscheu. Kaum hat Abendblatt-Fotograf Michael Zapf seine Kamera in Stellung gebracht, verlieren sie die Orientierung, geraten ins Stolpern und fahren frontal gegen die Wand. Es wirkt fast so, als hätten die kleinen Maschinen, die im elften Stock der Hamburger Hochschule für Angewandte Wissenschaften (HAW) am Berliner Tor ihre Runden drehen, Lampenfieber.

Natürlich sind die tatsächlichen Gründe viel profaner. "Die Roboter orientieren sich unter anderem mit Infrarotsensoren", erklärt Kai von Luck, Professor am Fachbereich Elektrotechnik und Informatik. "Wenn die Kamera einen Autofocus hat, der mit Hilfe von Infrarotsignalen die Entfernung misst, bringt das die Sensordaten durcheinander." Dann vermischen sich auf einmal die Reflexe der vom Roboter ausgesandten Signale mit denen der Kamera des Fotografen, so dass der Roboter sich an einer falschen Position wähnt - oder mit der Verarbeitung der widersprüchlichen Daten überfordert ist und durchdreht.

Ohne Kamerabeobachtung manövrieren die Fahrzeuge, die von Studenten in Zweierteams gebaut und programmiert werden, gleich viel zielstrebiger über das Spielfeld. Präzise folgen sie der schwarz markierten "Straße", wenden an der richtigen Stelle und setzen zurück, so dass aus einer Kippvorrichtung kleine Tönnchen auf die bereitgehaltene Ladefläche fallen.

Mit knallbunten Farben erinnern die aus Lego-Teilen zusammengesetzten Roboter wie die Aufbauten auf dem Spielfeld auf den ersten Blick eher an einen Kindergarten als eine wissenschaftliche Hochschule. Doch was die HAW-Studenten während eines Semesters im Roboterlabor leisten, ist alles andere als Kinderkram.

"Wir stellen jedes Semester eine Aufgabe, die innerhalb einer vorgegebenen Frist mit den bereitgestellten Mitteln gelöst werden muss", sagt von Luck. Das Besondere: Diese sind eigentlich nicht lösbar, jedenfalls nicht perfekt.

Seit 1996 ist das Roboterlabor als Wahlpflichtveranstaltung Bestandteil des Studiengangs Informatik. Professor Gunter Klemke, der sich mit Professor von Luck die Leitung der Veranstaltung teilt, erläutert das Ziel: "Die Studenten kommen mit der Vorstellung hier her, dass es für jedes Problem, wie in der Mathematik, eine eindeutige Lösung gibt. Hier lernen sie, mit zeitlichen Beschränkungen und unvollständigen oder fehlerhaften Informationen umzugehen und das Beste daraus zu machen."

In diesem Semester mussten die Studenten aus Lego-Teilen Roboter konstruieren, die innerhalb von vier Minuten einen Parcours mit verschiedenen Aufgaben absolvieren können.

Da sollen markierte Felder von Gegenständen freigeräumt, bestimmte Teile in ein Regal gestellt, andere aus Behältern geholt werden. Die Roboter sollen über eine Brücke fahren, die sie vorher herunter geklappt haben, und ein Windrad in Gang setzen. In welcher Reihenfolge das geschieht, ist egal. Jede gelöste Aufgabe wird nach Punkten bewertet, auf die sich die Studenten zu Beginn des Semesters gemeinsam verständigt haben.

Die größte Schwierigkeit bestehe darin, die Gesamtaufgabe im Blick zu behalten und sich nicht mit Nebensächlichkeiten zu verzetteln, meint von Luck. Zwei Teams haben zum Beispiel eine Art Gabelstapler konstruiert, die sehr gut geeignet sind, Gegenstände ins Regal zu stellen. Bei der Brücke haben sie dagegen Schwierigkeiten: Durch den hohen Schwerpunkt kippen sie auf der Schräge nach hinten. Insbesondere das Gabelstaplermodell mit Raupenantrieb ist nicht in der Lage, die Brücke zu überqueren. Da es zu spät für größere Konstruktionsveränderungen ist, wird die Brückenaufgabe einfach weggelassen. "Wir konzentrieren uns auf das Regal, das bringt ohnehin mehr Punkte", sagt ein Teammitglied. Jeden Montagnachmittag ist Betrieb im Roboterlabor. Dann sitzen die Studenten in zwei Räumen konzentriert an den Monitoren, feilen an Programmen, speisen sie in die Roboter ein und schauen, wie sie sich auf dem Spielfeld bewähren. Danach wird das Programm weiter verfeinert. Gelegentlich wird an den Robotern etwas umgesteckt, doch das grundlegende Design wird am Ende des Semesters nicht mehr verändert.

Das Hinzufügen neuer Sensoren etwa würde umfangreiche Änderungen an der Software nach sich ziehen und womöglich dazu führen, das überhaupt nichts mehr funktioniert. Es geht auch darum, die Zeit einzuteilen und im Team gut zusammenzuarbeiten. Insgesamt 16 Tage stehen pro Semester zur Verfügung, um die Roboter zu konstruieren und zu programmieren.

Am Ende des Semesters wird im Rahmen eines Turniers entschieden, welches Team die beste Lösung gefunden hat. Dabei gibt es einen Preis zu gewinnen, der aber eher symbolische Bedeutung hat. "Bei einem Wettbewerb, der mit einem Laptop-Computer als erstem Preis lockte, haben wir erlebt, wie sich die Teams stark voneinander abschotteten und ihre Entwicklungen geheim hielten", sagt von Luck. So viel Konkurrenz soll nicht sein. Schließlich geht es in erster Linie ums Lernen und das geschieht am besten in einer offenen, kooperativen Atmosphäre.