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Einstand auf der ISS Mit der Watson-KI im Weltraum

| Redakteur: Ulrike Ostler

„Cimon“ ist ein in Deutschland entwickeltes und gebautes Technologie-Experiment zur Unterstützung und Effizienz-Steigerung der Arbeit eines Astronauten. Am 5. Dezember des vergangenen Jahres war Version 2 vom Kennedy Space Center in Cape Canaveral, Florida, mit dem Versorgungsflug CRS-19 zur Internationalen Raumstation gestartet. Dort soll er bis zu drei Jahre bleiben. Jetzt liegen dem Projektteam erste Auswertungen vor.

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ESA-Astronaut Luca Parmitano arbeitet mit Cimon-2: Hardware und Syoftware stecken im sehenden, hörenden, sprechenden Ball.
ESA-Astronaut Luca Parmitano arbeitet mit Cimon-2: Hardware und Syoftware stecken im sehenden, hörenden, sprechenden Ball.
(Bild: IBM)

Die Bezeichnung Cimon erinnert nicht zufällig an „Professor Simon Wright“, den robotischen Assistenten – das „fliegende Gehirn“ – aus der japanischen Science-Fiction-Serie „Captain Future“. Denn das System kann Informationen, Anleitungen zu wissenschaftlichen Experimenten und Reparaturen darstellen und erklären. Weitere Anwendungen sind etwa die Nutzung als mobile Kamera zur Einsparung von Astronauten Crew-Zeit. Vor allem Routineaufgaben könnten durch das KI-System erledigt werden, etwa die Dokumentierung von Experimenten, Suche nach Objekten und Inventarisierung.

Cimon kann sehen, hören, verstehen und sprechen. Seine beiden Augen zur Orientierung sind eine Stereo-Kamera, eine hochauflösende Kamera zur Gesichtserkennung und zusätzlich zwei weitere seitliche Kameras für Fotos und Videodokumentation. Ultraschall-Sensoren messen Abstände zur Kollisions-Erkennung. Seine Ohren sind acht Mikrofone zur Richtungserkennung plus ein Richt-Mikrofon für eine gute Spracherkennung. Sein Mund ist ein Lautsprecher, über den er sprechen und Musik abspielen kann. Durch einen sprachgesteuerten Zugriff auf Dokumente und Medien kann der Astronaut beide Hände frei haben.

Entwicklung und Bau des interaktiven Astronauten-Assistenten Cimon wurden vom Raumfahrt-Management im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie in Auftrag gegeben und von Airbus in Friedrichshafen und Bremen umgesetzt. Insgesamt arbeitete ein rund 50-köpfiges Projektteam von DLR, Airbus, IBM, Biotesc, ESA und der LMU seit August 2016 für knapp zwei Jahre an der Realisierung von Cimon-1.

Autonom navigieren, aber nicht lernen

Der Prototyp des Technologie-Experiments war vom 2. Juli 2018 bis zum 27. August 2019 auf der ISS und hatte am 15. November 2018 seine 90-minütige Weltpremiere mit dem deutschen ESA-Astronauten Alexander Gerst. Nach der erfolgreichen Mission wurde der erste europäische autonome Roboter der astronautischen Raumfahrt zum deutschen Kulturgut ernannt und kehrte zur Erde zurück. Demnächst wird Cimon-1 der Öffentlichkeit in Museen und Ausstellungen präsentiert. Das soll unter anderem kommende Generationen dazu inspirieren, MINT-Fächer zu studieren.

Die zweite Version, Cimon-2, wurde in weniger als einem Jahr von etwa 20 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern realisiert. Kernstück der Künstlichen Intelligenz für das Verständnis von Sprache ist die „IBM Watson“-Technologie aus der IBM Cloud. Im Einsatz sind: „Watson Visual Recognition“, „Watson Speech to Text“, „Watson Text to Speech“, „Watson Assistant“ und „Watson Tone Analyzer“.

Allerdings lernt das System nicht selbst, im Gegenteil: Selbstständiges Lernen wurde ausgeschlossen; Cimon muss aktiv durch einen Menschen trainiert werden.

Die KI zur autonomen Navigation stammt von Airbus und dient der Bewegungsplanung und Objekterkennung. Durch zwölf interne Rotoren kann sich Cimon frei in alle Raumrichtungen bewegen und rotieren. Somit kann er sich dem Astronauten zuwenden, wenn er angesprochen wird, Kopfnicken, Kopfschütteln und räumlich selbstständig oder auf Kommando folgen.

Die menschlichen Aspekte des Assistenzsystems wurden von Wissenschaftlern des Klinikums der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) mitentwickelt und betreut. Das ESA User Support Centrum Biotesc an der Hochschule Luzern in der Schweiz hat sich darum gekümmert, dass Cimon auch im „Columbus“-Modul der ISS einwandfrei funktioniert und begleitet die Zusammenarbeit der Astronauten mit dem System von der Erde aus.

Schon jetzt ziehen die Entwickler das Fazit, auch Cimon-2 habe seine Fähigkeiten an Bord der Internationalen Raumstation in ersten Tests erfolgreich demonstriert. Der ballförmige, freifliegende, Technologie-Demonstrator stellte seine Funktionalitäten in der Interaktion mit dem ESA-Astronauten Luca Parmitano unter Beweis.

Die KI kann emotional werden

Die aktuelle Version verfügt über sensiblere Mikrofone und einen weiterentwickelten Orientierungssinn als der Cimon-2-Vorgänger. Auch die KI-Fähigkeiten und die Stabilität der komplexen Software-Anwendungen wurden verbessert. Zudem konnte die Autonomie des batteriebetriebenen Assistenten um etwa 30 Prozent erhöht werden.

Schließlich können die Astronauten nun auf Wunsch eine linguistische Emotionsanalyse aktivieren. Damit kann der KI-Assistent auf seine Gesprächspartner empathisch reagieren.

Getestet wurden unter anderem die autonomen Flugfähigkeiten sowie die Sprachsteuerung der Navigation und die Erteilung von Aufgaben. Zudem wurde zum ersten Mal der Anflug zu einem spezifischen Punkt innerhalb des Columbus-Moduls der ISS erfolgreich absolviert. Dank der absoluten Navigation im Raum zeigte Cimon-2 sich in der Lage, durch verbale Befehle zu einem bestimmten Ort zu gelangen, unabhängig davon, wo er sich gerade befunden hat. So forderte Parmitano das System während der Inbetriebnahme der neuen Hard- und Software auf, zum Biological Experiment Laboratory (Biolab) innerhalb des Columbus-Moduls zu fliegen. Eine weitere Aufgabe war es, auf Kommando Fotos und Videos im europäischen Modul der Raumstation anzufertigen und diese dem Astronauten anschließend zu zeigen.

Außerdem sollte das Projekte zeigen, ob Stressreduktion durch einen intelligenten Assistenten wie Cimon möglich wäre. Die Annahme: Ein solches System könnte als Partner und Begleiter Astronauten bei ihrem hohen Pensum an Experimenten, Instandhaltungs- und Reparaturarbeiten unterstützen und dadurch deren Stressexposition reduzieren. Jedenfalls ist eine mögliche Basis für soziale Assistenzsysteme im All gelegt, die bei Langzeitmissionen Stress durch Isolation oder auch durch gruppendynamische Prozesse verringern könnten. Lehren hieraus könnten möglicherweise dazu beitragen, solche Probleme auch auf der Erde zu mildern.

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