Eifrig wuselt er durchs Labor, wiegt ab, benutzt Geräte – und entscheidet. Ein Entwicklerteam präsentiert einen intelligenten Roboter, der selbstständig im Labor arbeitet und Forschungsfragen löst. Der „künstliche Wissenschaftler“ kann sogar bereits einen Erfolg vorweisen: Er hat einen neuen Katalysator entdeckt, der die Gewinnung von Wasserstoff durch Licht optimiert.
Sie montieren Autos, fertigen Werkstücke oder helfen in der Landwirtschaft: Raffinierte Roboter erledigen bereit in vielen Anwendungsbereichen teils erstaunlich komplexe Tätigkeiten für den Menschen. Auch in Forschungslaboren haben sie schon Einzug gehalten. Bisher erledigen sie dort aber nur definierte Aufgaben – im Sinne einer Automatisierung füllen sie etwa im Hochdurchsatz bestimmte Reagenzien ab oder nehmen dem Personal mechanische Tätigkeiten ab. „Unser Ziel war es nun hingegen, eine gewisse Automatisierung des Forschens zu erreichen und nicht nur der Instrumente“, sagt Andrew Cooper von der Universität Liverpool. Er und seine Kollegen haben dazu einen Roboter – wie er etwa in der Automobilfertigung eingesetzt wird – mit neuen Fähigkeiten und einem „Verstand“ ausgerüstet.
Ein umsichtiger Hightech-Laborant
Der 1,75 Meter hohe und 400 Kilogramm schwere Roboter besitzt zur Orientierung im Raum ein Laserabtastungs-System in Verbindung mit weiteren sensorischen Fähigkeiten für eine präzise Navigation. So kann er sich flexibel an die Merkmale eines neuen Labors anpassen und bei seiner freien Bewegung auch veränderlichen Hindernissen wie etwa menschlichen Kollegen ausweichen. Durch seine Größe und seine feinmotorischen Greifwerkzeuge kann er mit Laborgeräten arbeiten, die für die Bedienung durch Menschen konzipiert sind, erklären die Wissenschaftler. Im Gegensatz zu diesen Kollegen hat er allerdings unendlich viel Motivation sowie Geduld bei der Arbeit und ist fast unermüdlich: Er kann täglich 21,5 Stunden lang arbeiten – er muss nur pausieren, um seine Batterie aufzuladen.
Der Robo-Laborant kann lernen, wo er die verschiedenen Geräte und Reagenzien im Raum findet und agiert dann selbstständig: Er wiegt Feststoffe ab, dosiert Flüssigkeiten und führt alle Tätigkeiten aus, die für die Experimente nötig sind. Das besondere ist dabei: Er geht bei der Arbeit nicht nach einem festen Schema vor, sondern entscheidet in Abhängigkeit von den Ergebnissen seiner Versuche selbst, welche Experimente er als Nächstes durchführt. Möglich wird dies durch künstliche Intelligenz, mit der die Wissenschaftler den Roboter ausgestattet haben.
Dieser „Verstand“ beruht auf einem Algorithmus, der maschinelles Lernen ermöglicht: Im Rahmen bestimmter Vorgaben kann der Roboter durch die Trial-and-Error-Methode Fortschritte machen und abhängig von den Ergebnissen von Versuchen neue Experimente planen und durchführen. „Die größte Herausforderung bestand darin, das System robust zu machen. Damit der Roboter über mehrere Tage hinweg autonom arbeiten und dabei Tausende von heiklen Manipulationen durchführen kann, muss die Ausfallrate für jede Aufgabe sehr gering sein. Aber sobald dies erreicht ist, macht der Roboter weit weniger Fehler als ein menschlicher Laborant“, sagt Co-Autor Benjamin Burger.
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