Simuationsbasierte Künstliche Intelligenz

Grundlage der Simulationsbasieren-KI bildet dabei eine ganzheitliche Modellierung der Robotersysteme - eine Holistische Simulation entsteht. Dies beinhaltet einerseits die quasi-optimale Modellierung des physikalischen Verhaltens des Roboters, insbesondere der Motoren und Aktoren. Andererseits entstehen im Bereich der Sensorik neue Möglichkeiten. So lassen sich beispielsweise komplexe Sensoren wie mehrlagige Laser-Sensoren oder hochauflösende Kameras durch eine Raytracing-basierte Simulation abbilden. Neben der Simulation von Aktorik und Sensorik spielt zudem ebenfalls die Modellierung der Kommunikationsebenen eine zentrale Rolle. Indem die Kommunikation sowohl physikalisch als auch auf Protokoll-Ebene vollständig abgebildet wird, schließt sich der Kreis einer ganzheitlichen Betrachtungsweise. Durch diese Form der Holistischen Simulation auf drei Ebenen lässt sich somit eine gezielte Reduktion der Differenz von Modell und Realität erreichen - der Roboter zum CPS-Zwilling der Simulation.

Durch die Verschmelzung von Realität und Simulation entsteht ein Digitales Logistisches Kontinuum zwischen Entwicklung und Anwendung, welches die Entwicklungszeit solcher Systeme stark reduziert. Für die Entwicklung hochdynamischer Systeme bedeutet dies, dass Hard- und Softwareentwicklungen nun nicht mehr nacheinander erfolgen müssen, sondern stark parallelisiert erfolgen können. Auf Basis dieser ganzheitlichen Modellierung solcher Systeme in der Digitalen Realität bieten sich somit gänzlich neue Möglichkeiten in der Entwicklung. Auf der einen Seite lassen sich Hardwareentwicklungen und Modifikationen anhand eines physikalisch validierten Modells vorab in der virtuellen Welt erproben. Andererseits können ebenso neue Algorithmen und Lernverfahren für diese Systeme mittels synthetischer Daten auf einem realitätsnahen Niveau ressourceneffizient trainiert und evaluiert werden. Das so entstehende Digitale Kontinuum im Kontext der Simulationsbasierten KI ermöglicht somit eine beschleunigte Planung und Entwicklung logistischer Robotersysteme auf ganzheitlicher Ebene.

Auf Grundlage der Digitalen Realität mit Simulationsbasierter-KI ist es Forschenden der Silicon Economy im Projekt OpenDynamics unter kürzester Zeit gelungen, eine zukunftsprägende Generation von autonom agierenden Transportrobotern zu bauen - evoBOT^®  und »O³dyn«. Praktische Einblicke in das Thema Simulationsbasierte KI haben die Forscher auf der GTC-Konferenz von NVIDIA im März demonstriert. 

Den ganzen Vortrag findet ihr bei NVIDIA.

Die Entwicklung eines mobilen Roboters von der ersten Idee bis zum autonomen System ist eine komplexe und ressourcenintensive Aufgabe. Wir als Fraunhofer IML nehmen diese Herausforderung an und entwickeln Roboter der nächsten Generation für logistische Anwendungsfälle. Bei dieser Entwicklung spielen Simulationswerkzeuge wie Omniverse Isaac Sim, eine immer wichtigere Rolle. Sie erweitern unsere Möglichkeiten im Bereich der Aktoren, Sensoren und Kommunikation. Letztes Jahr haben wir auf der GTC 2022 O³dyn (ehemals Obelix) vorgestellt, einen hochentwickelten Logistikroboter, der bis zu 36 km/h schnell, omnidirektional, im Innen- und Außenbereich fahren kann. Er stieß nicht nur in realen Präsentationen auf großes Interesse, sondern auch virtuell in der Keynote der GTC als eines der anspruchsvollsten Simulationsmodelle, die in Isaac Sim verfügbar sind. In diesem Jahr präsentieren wir tiefere Einblicke in das Modell und erläutern technische Hands-On. Dies ist besonders interessant, da O³dyn Open-Source ist und jeder zu Hause mit seiner Dynamik herumspielen kann. Wir zeigen die simulierten Sensoren, wie Lidar und Kameras, sowie die Integration in das Robot Operating System (ROS). Anhand von Beispielen, wie wir diese Werkzeuge in unserer Entwicklungskette einsetzen, geben wir einen Einblick in das tägliche Geschäft der Entwicklung mobiler Roboter mit und ohne Simulationswerkzeuge.

Den ganzen Vortrag findet ihr bei NVIDIA.

O3dyn vom Fraunhoferinstitut für Materialfluss und Logistik (IML) ist ein hochdynamischer und autonomer mobiler Roboter. Er kann große Lasten im Format einer Palette omnidirektional mit einer Fahrgeschwindigkeit von bis zu 36 km/h transportieren - indoor und outdoor. Das O3dyn-Simulationsmodell versucht, dem realen Fahrzeug so nahe wie möglich zu kommen und bietet ähnliche Dynamik- und Sensordaten.

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evoBOT vom Fraunhoferinstitut für Materialfluss und Logistik (IML) ist ein hochdynamischer und autonomer mobiler Roboter. Er kann Objekte mit bis zu 40kg bei einer Fahrgeschwindigkeit von bis zu 10m/s transportieren. Das evoBOT-Simulationsmodell versucht, dem realen Fahrzeug so nahe wie möglich zu kommen und bietet ähnliche Dynamik- und Sensordaten.

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