Wie kann ein humanoider Roboter Menschen im Alltag so unterstützen, dass er nicht nur „funktioniert“, sondern auch sicher, sozial angemessen und respektvoll reagiert? Genau daran arbeitet die Technische Hochschule Mannheim ab sofort mit einem humanoiden Roboter der neuesten Generation: Unitree G1 (EDU). In einer öffentlichen Live-Demonstration im hochspezialisierten Neural Spacetime Lab zeigte das Forschungsteam heute, wie sich humanoide Robotik mit einem großskaligen 4D-Labor koppeln lässt, um menschliche Interaktionen räumlich und über die Zeit in bislang unerreichter Präzision zu erfassen, auszuwerten und daraus KI-Modelle zu trainieren.
Im Mittelpunkt steht ein hochaktuelles Ziel: Robotik für das Gesundheitswesen, die Pflegekräfte und medizinisches Personal perspektivisch bei Routineaufgaben entlasten kann – ohne den Menschen zu ersetzen. Denkbar sind künftig unterstützende Tätigkeiten wie das Bringen von Gegenständen oder Mahlzeiten, Erinnerung an Medikamenteneinnahme, Begleitung bei Wegen im Zimmer oder auf Station – und vor allem: situationsgerechte Reaktion auf menschliche Bedürfnisse, Unsicherheiten oder ein deutliches Signal nach Abstand.
„Unsere Vision ist es, KI-Wahrnehmungsmodelle für humanoide Roboter zu entwickeln, die menschliche Handlungen verstehen, Absichten vorhersagen und damit als intelligente, sichere Partner in der Interaktion agieren können – sei es in der Pflege, Medizin oder anderen realweltlichen Umgebungen“, sagt Prof. Dr. Markus Vetter, Leiter des Institute for Applied Artificial Intelligence and Robotics (A²IR) an der TH Mannheim.
4D statt 3D: Raumdaten werden um die Zeitdimension erweitert
Das Neural Spacetime Lab erweitert klassische Raumwahrnehmung um die Zeitdimension: Aus dem Zusammenspiel von 56 synchronisierten Kameras und neuartigen KI-Verfahren entstehen 4D-Rekonstruktionen menschlicher Interaktionen in Echtzeit – also Bewegungen, Gesten und Abläufe nicht nur „im Bild“, sondern als präzise, dynamische Szenenmodelle.
„Mit der Kopplung eines humanoiden Roboters an unser großskaliges 56-Kamera-4D-Labor schaffen wir neue Standards in der 4D-Rekonstruktion und Interaktions-KI und ermöglichen eine bisher unerreichte Präzision bei der Analyse komplexer Bewegungen und Interaktionen“, ergänzt Prof. Dr. Thomas Ihme vom Institut für Robotik (RI).
Diese Präzision ist entscheidend, weil die zentrale Herausforderung nicht im Greifen oder Gehen liegt, sondern im kognitiven - auch nonverbalen - Verstehen von Mimik, Blickrichtung, Körperhaltung, kleine Abwehrbewegungen, Unsicherheit, Zustimmung oder der Wunsch nach Distanz. Die Forschenden setzen deshalb konsequent auf menschenzentrierte Interaktion: Der Roboter soll lernen, soziale Signale korrekt zu deuten und sein Verhalten angemessen anzupassen.
Roboter soll auf menschliche Bewegungen und Gesten in Echtzeit reagieren können.
Der humanoide Forschungsroboter kann bereits zweibeinig laufen, balancieren, Greifoperationen ausführen und einfache Interaktionen mit Menschen durchführen. Über Multisensorik nimmt er seine Umgebung räumlich wahr. Durch die Integration ins Neural Spacetime Lab kommt eine neue Fähigkeit hinzu: Reaktionsfähigkeit auf menschliche Bewegungen und Gesten in Echtzeit.
In den nächsten Schritten erforschen die Teams KI-Methoden zur Wahrnehmung, Vorhersage und Planung sozialer Interaktionen – unter anderem mit hochpräzisen Verfahren wie Gaußschem Splatting (Gaussian Splatting) für dichte, realitätsnahe Szenenrepräsentationen. Ziel ist, dass der Roboter aus 4D-Daten Situationsverständnis, Handlungsvorhersage, Abstandswahrnehmung und sozial akzeptables Verhalten entwickelt – gerade in dynamischen Umgebungen wie Stationen, Fluren oder Patientenzimmern.
Der Transfer der Technologien in klinische und industrielle Pilotanwendungen ist ab 2027 geplant, um Forschungsergebnisse zu erproben und weiterzuentwickeln. Um die neuen Verfahren von Beginn an praxisnah zu entwickeln, sucht das A²IR gezielt weitere Anwender und Projektpartner aus Pflegeeinrichtungen und dem Gesundheitswesen, die ihre Anforderungen und Erfahrungen in die Forschung und den Transfer einbringen möchten.
Forschungsarbeit wird in Lehre integriert
Studierende der KI-Ingenieurwissenschaften und Informatik können den Roboter in Projekt- und Abschlussarbeiten einsetzen, Laborübungen durchführen, Daten erfassen und Modelle trainieren – an einer Forschungsinfrastruktur, wie sie in dieser Form nur wenige Standorte bieten.
„Mit der Kombination aus humanoider Robotik und hochpräziser 4D-KI positionieren wir die TH Mannheim als führenden Standort für zukunftsweisende Forschung in diesem Bereich“, sagt Prof. Dr. Mathias Hafner, Prorektor für Forschung, Technologietransfer und Internationalisierung. „Gleichzeitig stärken wir unseren Studiengang KI-Ingenieurwissenschaften, indem Studierende praxisnah an modernster Technologie lernen und forschen können.“
Über die TH Mannheim / A²IR / RI
Die Technische Hochschule Mannheim steht für anwendungsnahe Forschung und Transfer in zentralen Zukunftsfeldern. Das Institute for Applied Artificial Intelligence and Robotics (A²IR) und das Institut für Robotik (RI) entwickeln KI- und Robotiklösungen für realweltliche Einsatzszenarien – von intelligenter Wahrnehmung bis zu sicherer Mensch-Maschine-Interaktion.
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Prof. Dr. Marcus Vetter (A²IR) – m.vetter@th-mannheim.de
Prof. Dr. Thomas Ihme (RI) – t.Ihme@th-mannheim.de