Science
03.12.2018

CIMON: Ein Roboterfreund für Astronauten

CIMON ist ein intelligenter Roboterassistent für Astronauten. Damit diese sich nicht fürchten, ist er extra freundlich.

Auf der Erde sind mit künstlicher Intelligenz (KI) ausgestattete Sprachassistenten schon weit verbreitet. Amazons Alexa, Apples Siri und Googles Assistent bieten ihren Nutzern auf Zuruf mehr oder weniger wertvolle Hilfsdienste an. Im Weltall sollen ähnliche Systeme in Zukunft wichtige Aufgaben erledigen, als Bedienschnittstelle für verschiedene Systeme und Gesprächspartner für Astronauten. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Airbus und IBM haben mit CIMON (Crew Interactive Mobile CompanioN, sprich englisch Simon) ein derartiges System kreiert, das vor kurzem seinen ersten Test an Bord er Internationalen Raumstation ISS absolviert hat. Die futurezone hat bei Matthias Biniok von IBM nachgefragt.
 
futurezone: Ist CIMON eine Alexa fürs Weltall?
Das System ist ähnlich, kann aber deutlich mehr. Alexa und Co können nur wenige Aufgaben übernehmen. CIMON hat zwar nicht dieselbe Breite in der Konversation, ist bei konkreten Anwendungen aber hilfreicher. Auf der ISS werden ständig Experimente durchgeführt. Derzeit nutzen Astronauten dabei Prozeduren, das sind Schritt-für-Schritt-Anleitungen in Form von PDF-Dokumenten mit bis zu 100 Seiten. Sie müssen also jeden Schritt auf dem Laptop nachschauen, wenn sie Glück haben, gibt es ein Tablet, das am Bein befestigt werden kann. Das Hin-und-Her-Schweben zwischen Experiment und Anleitung kostet Zeit. CIMON beantwortet Fragen direkt. Das könnte Alexa vielleicht auch noch, aber CIMON funktioniert kontextspezifisch. Er weiß, welches Werkzeug gerade gebraucht wird und warum bei einem Arbeitsschritt Teflon verwendet werden muss und kein anderes Material.

Das funktioniert nur auf Englisch?
Derzeit ja. Wir könnten das System aber auch spezifisch auf den jeweiligen Astronauten abstimmen oder zumindest andere offizielle ISS-Sprachen wie Russisch oder Japanisch anbieten.
 
Astronauten haben unterschiedlich starke Akzente in ihrem Englisch. Ist das ein Problem?
Wir haben das Glück, dass Alex Gerst, mit dem wir den ersten Weltraumtest absolviert haben, relativ akzentfrei Englisch spricht. Aber allgemein ist das natürlich eine Herausforderung. Wir haben zwei Modelle trainiert, um das Problem zu lösen. Eines beschäftigt sich mit “Custom Language”. Hier lernt das System die Raumfahrersprache, zum Beispiel, dass "a firm" im Kontextaffirm”, also "ja" bedeutet und nicht “eine Firma”. Das zweite lernt “Custom Acoustics”. Hier geht es um die lauten Hintergrundgeräusche auf der ISS - das sind bis zu 60 Dezibel - und die Akzente der Astronauten. Das System wurde mit entsprechenden Audiodaten trainiert.
 
Warum brauchen Astronauten intelligente Maschinenassistenten?
Ein Astronaut kostet pro Stunde sehr viel Geld (in der Größenordnung von mehreren zehntausend Euro pro Stunde, Anm.). Zeit ist also extrem kostbar. Das ist ein starkes wirtschaftliches Argument: Mit CIMON können die Raumfahrer in derselben Zeit mehr leisten. Heute müssen Astronauten für Dokumentationszwecke oft mehrere Kameras montieren oder einen Kollegen mitfilmen lassen. Wenn CIMON das übernimmt, während er Anweisungen für die Experimente liefert, sind die Astronauten entlastet. Gerade auf Reisen zum Mond oder zum Mars könnten solche autonomen Systeme sehr wertvoll sein, einfach weil sie die Effizienz steigern.
 
Stillt CIMON auch psychologische Bedürfnisse?
Das System basiert auch auf psychologischen Erkenntnissen. Wenn Raumfahrer sich weit von der Erde entfernen, verlieren sie ihren Bezugsrahmen. Das kann sehr einsam sein. Da kann es helfen, mit jemandem reden zu können, der sich auf objektive Argumente bezieht, statt wie wir Menschen subjektiv zu agieren.
 
Intelligente Assistenzsysteme haben nicht den besten Ruf, dank Filmen wie Odyssee im Weltraum. Wurde das berücksichtigt?
Wir haben das tatsächlich bedacht und das System extra freundlich gestaltet. Auch weil HAL und IBM ja eine Vorgeschichte haben (weil HAL eine Buchstabenverschiebung von IBM ist, Anm.). Es wird aber oft vergessen, dass auch die Science Fiction positive Beispiele für hilfreiche Maschinen kennt, etwa R2D2 aus Star Wars. Wir haben die Persönlichkeit und Funktionen von CIMON entsprechend angepasst: Er funktioniert autark, hat aber keinen Zugriff auf die ISS-Systeme. Wir haben auch einen mechanischen Ausschalter an der Rückseite angebracht. Ein zweiter Schalter, der Offline-Button, verhindert, dass CIMON mithört oder mitfilmt, wenn die Astronauten Privatsphäre brauchen.

Wie frei kann sich CIMON bewegen?
CIMON bewegt sich im europäischen Columbus-Modul komplett autonom. Er fliegt frei umher und navigiert mit Kartenmaterial sowie Ultraschallsensoren und Kameras, die auch Tiefeninformationen liefern. CIMON bewegt sich mit Hilfe von 14 Ventilatoren, die in sieben Rohren angebracht sind. Dadurch kann er sich in allen Achsen bewegen.
 
Wie lange hält der Akku?
Die Energieversorgung war für den ersten Test keine Priorität. Wir haben Akkus verwendet, die schon an Bord verfügbar waren. Damit kann CIMON etwa zwei Stunden unter Volllast arbeiten. Danach müssen die Akkus gewechselt werden. Langfristig wäre eine Ladestation sinnvoll, ähnlich wie bei einem Staubsaugerroboter.
 
Werden ähnliche Systeme mit zum Mars fliegen?
Wir hätten gerne ein solches System an Bord, nicht nur auf der Reise zum Mars, auch zum Mond. Dafür müsste CIMON aber auch komplett autonom funktionieren, ohne Verbindung zum Internet auf der Erde. Das wäre für Astronauten enorm hilfreich, auch weil CIMON selbstständig Neues lernen kann.
 
Was passiert derzeit, wenn die Verbindung zur Erde abbricht?
Wenn CIMON auf der ISS den Kontakt zur Erde verliert, kann er sich in der Luft halten, aber die künstliche Intelligenz ist weg. Die sitzt derzeit in der IBM Cloud in Frankfurt. Der Kontakt wird über einen NASA-Satelliten und eine Bodenstation in Luzern hergestellt.
 
Wäre eine lokale Implementierung schon möglich?
Wir haben vor zwei Monaten Ergebnisse publiziert, die es erlauben, die KI lokal auszuführen. Noch braucht man dafür aber einen starken Rechner. Sobald es geht, werden wir einen hybriden Ansatz umsetzen. Das wäre für die Reise zum Mond schon eine praktikable Lösung. Bis wir zum Mars fliegen, werden wir Systeme haben, die komplett ohne Kontakt zur Erde agieren können. Wir arbeiten daran und unsere Forscher von IBM Research haben da sicher auch noch ein paar gute Ideen.

Werden solche Systeme zu universalen Schnittstellen zwischen Astronauten und den Systemen?
Es geht in diese Richtung, aber kritische Systeme werden wohl ausgenommen bleiben. CIMON bekommt dort nur Lesezugriff. Das System kann außerdem mehr, etwa Daten sammeln über den Sauerstoffgehalt oder leuchtende Signallampen. Das wird ein wichtiger Aspekt sein. Wir sollten CIMON aber immer als Assistenzsystem sehen. Er wird nicht selbstständig agieren, sondern immer die Anweisungen der Astronauten befolgen.
 
Warum wird das immer betont? Auch heute ist die Steuerung der ISS schon automatisiert.
Der Unterschied ist, dass Automatisierung heute Regeltechnik bedeutet. Systeme wie CIMON können aber theoretisch selbstständig weiterlernen, ohne Kontrolle. Bei Machine Learning operieren wir mit Wahrscheinlichkeiten. Wir können auf Basis der Daten deshalb nicht immer das Ergebnis voraussehen. Uns ist wichtig, dass der Output trotzdem immer deterministisch ist. Das gilt auch für das Lernen, deshalb ist immer ein Mensch als Kontrollinstanz zwischengeschaltet. Die Frage, was ein KI-System darf, wird derzeit nicht ohne Grund hitzig diskutiert. Hier verfolgt IBM eine eigene Philosophie, auch für ähnliche Systeme in der Industrie: Die Maschine gibt immer nur Empfehlungen und wir wollen nachvollziehen können, warum eine Entscheidung getroffen wird. Auf dem Mars wird es wahrscheinlich auch Roboter geben. Auch dort wird das Prinzip gelten, dass der Mensch eine Maßnahme bestätigt, bevor sie ergriffen wird.
 
Was sind die nächsten konkreten Schritte für CIMON?
Wir setzen uns mit unseren Partnern zusammen und besprechen, was gut funktioniert hat und was nicht. Wegen einiger Verzögerungen konnten wir bestimmte Dinge noch nicht testen. Auf dieser Basis erstellen wir den Plan für den nächsten Einsatz.
 
Sind Google und Amazon Konkurrenten für euch?
Der ISS-Test war für uns ein schöner erster Schritt. Andere Unternehmen werden folgen. Das hoffen wir sogar, weil es wichtig für die Raumfahrt ist. Amazon und Google sind eine Art von Konkurrenz, sie verfolgen aber einen anderen Ansatz. Wir haben gezeigt, dass man auch mit einem offenen Portfolio viel Gestaltungsspielraum hat. Die Zusammenarbeit mit vielen Partnern hat sehr gut funktioniert, wir haben ein hochkomplexes Projekt in nur zwei Jahren umgesetzt.
 
Aber die US-Internetkonzerne haben enorme Datenmengen. Ist IBM da nicht von vornherein im Nachteil?
Wir verfolgen einen anderen Ansatz. Wir sammeln nicht alle Daten, obwohl wir viele Möglichkeiten hätten. Sowohl die Daten als auch die Modelle gehören bei uns den Kunden. Wir nutzen nichts ungefragt. Das macht vieles schwerer, aber so gewinnen wir das Vertrauen der Kunden. Beide Ansätze sind valide. Ich bin bei IBM, weil ich diese Philosophie lieber mag.