Robotik als geschlossenes System

 Bis ungefähr zum Jahr 2010 dominierte in der Robotik Community das Paradigma des geschlossenen Systems ohne es als solches zu benennen. Das Ziel der Programmierer war häufig einen Algorithmus oder ein Robot control Program zu erstellen was den Roboter autonom steuert. Der Fokus lag also auf der Programierung ganz so wie auch die Informatik den Schwerpunkt auf Software und Algorithmen legt.

Die Informatik stellt für diese Aufgabe zahlreiche Werkzeuge bereit, wie z.B. vorhandene Bilbiotheken mit pLanungsalgorithmen, Compiler für Hochsprachen wie Java sowie leistungsfähige Code editoren mit denen einmal erstellter Programm code getestet und verbessert werden kann. Die Annahme vor 2010 lautete dass diese Werkzeuge ausreichen um damit Roboter zu programmieren.

Im wesentlichen ging es also darum ein Computerprogram zu entwickeln was einen Roboter autonom steuern kann. Diese selbstgesetzte Zielstellung erzeugt einen besonderen Workflow. Er erzeugt eine massive Komplexität. Je anspruchsvoller der Roboter desto umfangreicher die benötigte Software.

Das Problem war den Informatikern bewusst, sie versuchten die Komplexität zu senken indem sie die Aufgabenstellung modifizierten. Anstatt die Software für ein Selbstfahrendes Auto im Straßenverkehr zu programmieren wurde versucht ein Spielzeug auto auf einem Parkurs zu steuern. Aber selbst diese reduzierte Aufgabe führte zu einer Software die 100k lines of code und mehr umfasste.

Bis 2010 war den meisten Robotik-Pionieren nicht bewusst dass sie sich in einer Sackgasse befanden weil die Roboter als geschlossene Systeme funktionierten. Damit ist gemeint dass die Roboter sowohl von der Software als auch von der Hardware extrem hochentwickelt waren, aber dabei auschließlich nach internen Mechanismen funktionierten und die Umwelt ignorierten. Rein formal waren Roboter zwar mit Sensoren ausgestattet es gab jedoch keine Theorie wie die Sensorwerte in Aktionen übersetzt werden können.

Geschlossene Systeme sind das gegenteil von einer Fernsteuerung. Bei einer Fernsteuerung sendet die Umwelt Befehle an den Roboter. Genau diese Art von Fernkontrolle gab es bei den Roboter vor 2010 nicht. Alle bekannten Robotik Wettbewerbe aus dieser Zeit funktionieren nach dem Prinzip der autonomen Steuerung. Es gab ein Program was von einer CPU ausgeführt wurde, und das Programm allein entschied was der Roboter tat. Ferngesteuerte Robotik wurde als unzulässig verworfen. Es war zwar technisch bekannt wie man das realisiert, aber das Prinzip wurde nicht ernsthaft diskutiert.

Ferngesteuerte Roboter sind offene Systeme. Auch die vielzietierte These von Rodney Brooks emboeddied AI zu realisieren ist nur eine andere Formulierung für Teleoperation. Sobald man Daten von Außen an den Roboter sendet entsteht ein offenes System. nicht der Roboter entscheidet was zu tun ist, sondern die umwelt übernimmt die Aufgabe. So kann ein abstandssensor ebenfalls als Fernsteuerung betrachtet werden. Sobald der abstandssensor ein Hinderniss erkennt stoppt der Roboter. Das heißt der Sensor sendet an den Roboter ein Kommando.

Bei offenen Systemen ist die Unterscheidung zwischen Roboter und Umwelt zentral. Als Roboter wird die Hardware und Software des Roboters bezeichnet, also der Arduino Microcontroller, das Linux Betriebssystem, das C program was auf dem Board läuft. Also jene Elemente für die sich die Informatik zuständig fühlt. Umgekehrt besteht die Umgebung eines Roboter aus der Aufgabe die es zu lösen, also ein Labyrinth, Hindernisse in diesem Labyrinth, ein Zielpunkt den der Roboter erreichen muss. Diese Umwelt wird von der Informatik vor dem Jahr 2010 ignroiert. Die Umwelt lässt sich nicht als Hardware und Software beschreiben sondern die Umwelt funktioniert nach anderen Prinzipien.

Sobald man Roboter baut die ferngesteuert werden, nimmt die Umwelt einen höheren Stellenwert wert. Der Roboter selbst wird zu einer Trivalen Maschine die lediglich Befehle über ein funksignal empfängt und einen Motor hat der sich bewegen kann. Der Roboter besitzt jedoch keine Software um Entscheidungen zu treffen sondern die Umwelt übernimmt das Timing und die Zieldefinition. Offene Systeme lassen sich über das Interface beschreiben, also jenes Bautteil oder jenes Softwaremodul was Befehle der Umwelt empfängt und was Informationen an die Umwelt sendet. Dieses Interface beinhaltet die eigentliche Künstliche Intelligenz, zumindest nach einer modernen Betrachtung ab dem Jahr 2010.