Simulationen mit bis zu 200 Robotern So navigieren Roboter autonom durch Menschenmassen

„Ob in Fabriken, Krankenhäusern oder Katastrophengebieten – Robotergruppen werden zunehmend in menschlichen Umgebungen agieren“, erklärt Roderich Groß, der Leiter des Fachgebiets Resilient Cyber-Physical Systems am Fachbereich Informatik der TU Darmstadt. „Ein bisher nicht vollständig gelöstes Problem ist, wie sie das sicher und effizient tun können, vor allem in recht dichten Menschenmengen.“

Seine Arbeitsgruppe hat zusammen mit Forschern der University of Sheffield dazu eine Studie auf der renommierten Distributed Autonomous Robotic Systems Konferenz in New York vorgestellt. Die Forschenden simulierten Robotergruppen, die auf unterschiedliche Arten von Menschenmengen treffen. In den Simulationen standen die Menschen entweder still, bewegten sich den Robotern entgegen oder kreuzten deren Weg im rechten Winkel. Zudem wurden die Tests jeweils mit unterschiedlichen Zahlen von Menschen durchgeführt, die sich mit den Robotern im selben Raum bewegten.

Drei Strategien im Test

Es wurden drei Verhaltensstrategien getestet: Die unabhängige Strategie, bei der jeder Roboter sich unabhängig seinen Weg durch die Menschenmenge bahnt; die kooperative Strategie, bei der die Roboter eine Kolonne bilden und dem Anführer folgen; und die adaptive Strategie, bei der die Roboter je nach Situation eigenständig zwischen den beiden ersten Strategien wechseln.

Die Simulationen mit bis zu 200 Robotern zeigten, dass die Roboter, die sich mit der kooperativen Strategie durch Mengen von stehenden oder ihnen entgegenkommenden Menschen bewegten, weniger Störungen hervorriefen und dass sich diese Strategie in dichten Menschenansammlungen als effektiver erweist. Die unabhängige Strategie hingegen war überlegen, wenn in der Umgebung der Roboter nur wenige Menschen waren. In Situationen, in denen sich die Menschen im rechten Winkel zu den Robotern bewegten, war die unabhängige Strategie in beiden Aspekten erfolgreicher. Die adaptive Strategie kombinierte die Vorteile beider Ansätze und schnitt in allen Szenarien besonders gut ab, ohne die Menschenmengen stark zu beeinträchtigen.

„Die kooperative Strategie erwies sich als effektiv für Roboter, die sich durch Menschenmengen bewegten, mit dem zusätzlichen Vorteil, dass das Kommunikationsnetz zwischen den Robotern erhalten blieb“, erklärt der Erstautor der Studie, Jahir Argote Gerald. „Dennoch fanden wir Bedingungen, unter denen Roboter, die alleine durch die Menschenmenge navigieren, besser abschneiden als Roboter, die kooperativ durch die Menschenmenge navigieren. Dies veranlasste uns, eine adaptive Strategie zu entwickeln, die unter allen betrachteten Bedingungen gut funktionierte und die Menschenmenge nicht zu sehr störte.“

Plan: Validieren in realen Situationen

Als nächstes sollen formale Sicherheitsgarantien durch verbesserte Methodiken entwickelt und die Ergebnisse in realen Umgebungen validiert werden. Da die bisherigen Ergebnisse auf simulierten Menschenmassen beruhen, ist weitere Forschung erforderlich, um die Methoden auf die Navigation durch echte Menschenmengen zu übertragen. Hierbei müssen die Roboter die Positionen der Menschen eigenständig und in Echtzeit ermitteln.

Zudem muss ein sicheres Verhalten der Roboter auch dann gewährleistet sein, wenn das Verhalten von einzelnen Personen stark von den Anderen in der Menschenmasse abweicht.