Warum Boston Dynamics nun Roboter tanzen lässt
Wieder einmal sorgt ein Video von Boston Dynamics im Internet für Aufsehen. Diesmal lässt das Unternehmen seine Roboter tanzen. Dahinter steckt ein hartes Training mit echten Tänzern und viel Technik – und laut dem Unternehmen keine Künstliche Intelligenz.
Jedes Jahr erfreut der Roboterhersteller Boston Dynamics Hightech-Fans auf der ganzen Welt mit Videos, die die Weiterentwicklung seiner Produkte dokumentieren. Ging es in der Vergangenheit darum, mit dem humanoiden Roboter Atlas beispielsweise Standsicherheit und Gleichgewichtsempfinden beizubringen oder mit vierbeinigen Lösungen unwegsames Gelände zu überwinden, so sind diesmal Tanzeinlagen zum Lied „Do You Love Me?“ von der Gruppe The Contours angesagt. Für manch einen Spezialisten in der Industrierobotik scheint das etwas zu verspielt zu sein. Tanzprofis dürfte dagegen auffallen, dass sich die Beine des humanoiden Roboters im Gegensatz zu seinen Armen manchmal etwas neben dem Takt der Musik bewegen. Fest steht: technisch betrachtet wagen sich die Entwickler von Boston Dynamics damit an Bewegungsabläufe mit noch größerer Komplexität als bisher.
Wer nach Hintergrundinformationen sucht, wird im Netz fündig, beispielsweise in einem Interview des IEEE-Spektrums sowie beim Selbstversuch des Tüftlers Adam Savage für die Plattform Tested. Schnell wird klar: Am Anfang steht hier trotz aller Technik der Mensch – und zwar in Form der Roboterentwickler sowie von menschlichen Tänzern. Denn dem Team von Boston Dynamics reichte es nicht, sich nur Tanzbewegungen anzuschauen. Sie wollten auch verstehen, was Choreografen und Tänzern dabei wichtig ist. Aaron Saunders, Vizepräsident Engineering von Boston Dynamics, bezeichnet es als die „wahrscheinlich größte Herausforderung“ für sein Team, menschliche Tanzbewegungen so anzupassen, dass sie vom humanoiden Roboter Atlas ausgeführt werden konnten. „Um dies zu erreichen, nutzten wir die Simulation, um Bewegungskonzepte schnell zu iterieren“, erklärte er gegenüber dem IEEE-Spektrum. Dabei war das Feedback vom Choreografen wichtig. Es galt vor allem solche Bewegungsformen zu identifizieren, die Atlas auch mit der nötigen Kraft und Geschwindigkeit ausführen konnte. „Sie tanzten uns buchstäblich vor, was wir tun sollten“, beschreibt er die Anfänge der Entwicklung. Auch für die Ingenieure war die Situation neu. Mit Blick auf die eingesetzten Roboter kommentierten sie die Tanzbewegungen mit Sätzen wie „Das wäre einfach“ oder „Das wäre schwierig“ aber auch mit „Das macht mir Angst.“ Um einen kompatiblen Baukasten von Bewegungselementen für den Atlas-Roboter zu erstellen, wurde zunächst diskutiert. Anschließend wurden verschiedene Dinge erst in der Simulation ausprobiert und dabei immer wieder angepasst.
Lob für die Tänzer
Der Entwicklungsexperte lobt die Tänzer: „Die Leute, mit denen wir gearbeitet haben, hatten ein großes Talent dafür, über Bewegung nachzudenken und zu überlegen, wie sie sich durch Bewegung ausdrücken können.“ Im Bezug auf die technischen Grenzen der Robotik glaubt er festgestellt zu haben, dass sich die Tänzer dabei auch auf die Roboter eingelassen haben und dies dann tänzerisch in ihre Performance einfließen ließen. Dabei habe es keine Rolle gespielt, ob die Roboter zwei oder vier Beine hatten.
Nach und nach entwickelten die Ingenieure in dem Prozess ein Gefühl für die neuen Anforderungen. Daraus resultierten Werkzeuge, die ihnen halfen, neue Tanzbewegungen immer schneller in Steuerbefehle für den Roboter zu übertragen. „Schließlich konnten wir diese Toolchain verwenden, um eine der Ballettbewegungen von Atlas an nur einem Tag zu erstellen“, erinnert sich Saunders. Das geschah am Tag vor den Dreharbeiten und habe zur Freude seines Teams schließlich gut funktioniert.
Anspruchsvolle Elemente aus dem Ballett
Als besonders aufwendig erwiesen sich die Ballettelemente wie Drehungen. Hier brauchten die Ingenieure laut Saunders im Gegensatz zu den Tanzschritten mehr Iterationen, also mehrere Anläufe, um die Software dafür zu optimieren. „Sie waren am weitesten vom Springen und Laufen und den Dingen entfernt, mit denen wir mehr Erfahrung haben“, begründet das der Experte. Obwohl sein Team vieles umsetzen konnte, zeigt er sich demütig. Man habe erkennen müssen, wie schwer es ist, den Maschinen und der Software die gleichen Fähigkeiten zu verleihen, wie sie gut trainierte Spitzensportler besitzen. Das müsse aber das Ziel sein, um Roboter dieser Art auf breiter Basis kommerziell einsetzen zu können.
Grundlagen für Roboteranwendungen
Für den Entwicklungsleiter von Boston Dynamics ist das mehr als eine Spielerei. „Wir denken, dass die Fähigkeiten, die mit Tanz und Parkour verbunden sind, wie Agilität, Gleichgewicht und Wahrnehmung, grundlegend für eine Vielzahl von Roboteranwendungen sind“, sagt er. Man könne viel über die Robustheit der Technik lernen, indem man die Grenzen auslote und ihnen dynamische Bewegungen über mehrere Tage hinweg zumute. Der vierbeinige Roboter Spot benötige inzwischen kaum noch Wartung, weil man aus bisherigen Erfahrungen gelernt habe.
Anders als man vielleicht vermuten könnte, wurden bei dem Projekt allerdings keine selbstlernenden Systeme eingesetzt. Bei Atlas stammt der Großteil der Robotersteuerung nach Angaben des Roboterherstellers aus früheren Arbeiten. Beispielsweise habe die Erfahrung auf dem Laufparkour die Entwickler auf den Weg gebracht, modellprädiktive Regler zu verwenden. Damit werden Dynamik und Gleichgewicht berücksichtigt. Die Erkenntnisse kämen der Maschine nun zugute, wenn sie die offline erstellten Tanzelemente ausführt. Damit der Roboter das mit der nötigen Kraft und Geschwindigkeit hinbekommt, musste allerdings ein Teil der Hardware gegenüber der bisherigen Version aufgerüstet werden.
Maschinelles Lernen
Boston Dynamics plane zwar das maschinelle Lernen künftig für komplexe Roboteranwendungen zu nutzen, um damit sowohl Software als auch Hardware weiterentwickeln zu können. Im Moment geht es laut Saunders aber eher darum, herauszufinden, wo die richtigen Stellen sind, um diese Werkzeuge einzusetzen.
Laut dem Roboterexperten gelang die Aufnahme der endgültigen Filmszenen auch ohne den Einsatz von Künstlicher Intelligenz innerhalb von zwei Tagen. Dabei sei ein Großteil der Zeit dafür aufgewendet worden, die besten Kameraperspektiven zu finden und die Roboter richtig in Szene zu setzen. Hier erwies es sich als Vorteil, dass die Roboter ihre Bewegungselemente exakt wiederholen, so oft es die Regie erfordert. Das half laut dem Entwickler auch dann, wenn zwischenzeitlich einmal die Hardware streikte oder ein Roboter ins Straucheln geriet und gelegentlich hinfiel.
Choreografie aus der Software
Wie man Tanzfolgen auf einen Roboter von Boston Dynamics übertragen kann, wollte auch Adam Savage wissen. Er ist eigentlich Spezialist für Special Effects in Werbefilmen. Für Tested, das sich selbst als Plattform für Macher und „curious minds“ bezeichnet, hat er sich die Technik genauer angeschaut. In einem Video berichtet er, wie der vierbeinige Roboter Spot mit der Choreografiesoftware von Boston Dynamics zum Tänzer wird. Er zeigt dabei viel Respekt vor der Maschine, der er ohne Abgrenzungen auf einer großen freien Bürofläche gegenübersteht. In seinem Beitrag wird deutlich, dass die Software ähnlich wie eine Videoschnitt- oder Animationssoftware funktioniert. Vorprogrammierte Bewegungen werden als Elemente auf eine Zeitleiste gezogen. Anschließend können die Parameter noch verändert und nach individuellen Bedürfnissen angepasst werden.
Für Spot sind in dem Programm verschiedene Bewegungselemente abgelegt, beispielsweise für Körper-, Schritt- sowie dynamische Übergangs- und Kniebewegungen. Innerhalb jeder dieser Kategorien gibt es zudem Unterkategorien mit einzelnen Elementen. Alle können auf die Zeitleiste gezogen und somit in die Abfolge integriert werden.
Ein konkretes Beispiel ist das Tanzelement „Running Man“. Das Element stammt ursprünglich aus Afrika und wird heute oft im Hip-Hop-Tanz verwendet – übrigens nicht nur von Tänzern, sondern auch von Tänzerinnen. Natürlich rennt dabei niemand durch die Gegend. Stattdessen wird durch bouncende Schritte auf der Stelle tänzerisch ein ähnlicher Bewegungsablauf dargestellt. Für Mensch und Roboter besteht dieses Element aus einer Abfolge von einzelnen Schritten die mehrfach wiederholt werden. Diese können im Programm nach Bedarf wiederholt und mit anderen Elementen kombiniert werden. Am Ende entsteht so eine Gesamtchoreografie, wie sie im aktuellen Video der US-amerikanischen Roboterschmiede zu sehen ist.
Wer sich im Homeoffice dagegen lieber selbst tänzerisch bewegen möchte der findet im Netz auch Onlinekurse für Tanzschritte wie den Running Man:
