Beckenrieder Maturand will mehr über das «Gehirn» eines Roboters wissen

Fabio Baumann hat sich in seiner Maturaarbeit für die Robotik entschieden. Er baute und programmierte ein Roboterfahrzeug aus Lego-Bausteinen. Und hat dabei viel gelernt.

Sepp Odermatt
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Fabio Baumann präsentiert seinen Lego-Roboter. (Bild: Sepp Odermatt (21. Dezember 2018))

Fabio Baumann präsentiert seinen Lego-Roboter. (Bild: Sepp Odermatt (21. Dezember 2018))

Lego: Wer kennt sie nicht, diese magischen Steine, von denen sich viele Kinder und Erwachsene begeistern lassen? So auch Fabio Baumann. Der 18-jährige Beckenrieder hat schon als kleines Kind mit Lego gespielt. Später hat er sich für die Lego-Technik interessiert und heute steht er kurz vor seinem Abschluss im Kollegi Stans. Als Maturaarbeit hat er sich an die Robotik gewagt. «Ehrlich gesagt habe ich mich erst im letzten Moment für ein Thema aus der wissenschaftlichen Disziplin Robotik entschieden. Mich fasziniert vorwiegend die künstliche Intelligenz. Durch diese Arbeit wollte und konnte ich meine Kenntnisse und mein Wissen etwas aufstocken», erklärte Fabio Baumann, der in seinem späteren Studium mit Sicherheit die technische Richtung wählen wird. Ob es Informatik, Robotik oder eher Maschinenbau sei, wisse er noch nicht genau.

Zu Beginn stellte sich der Maturand die Frage: Was sind künstliche neuronale Netze und wie werden sie angewendet? Die Antwort darauf sei nicht so einfach zu finden. Eine plausible Erklärung liefert das menschliche Gehirn. Hier sind nämlich solche neuronalen Netze zu finden. Sie bestehen aus biologischen Nervenzellen. Künstliche neuronale Netze hingegen bestehen aus einer Input-Schicht, beliebig vielen Verarbeitungsschichten und einer Output-Schicht. Wie wird nun die künstliche Intelligenz auf den Roboter angewendet? Der Maschine wird eine Art Gedächtnis programmiert, und zwar in Form einer Matrix oder Tabelle. Dadurch kann der Roboter lernen, was er zu tun oder zu lassen hat.

Die Testphase ist entscheidend

Wolfgang Gehrig ist Fachlehrer am Kollegi Stans und hat Fabio als Mentor in seiner Arbeit unterstützt. Im Anschluss an die Präsentation der Maturaarbeit seines Schützlings sagte er: «Die Thematik ist recht komplex und stellt ein gewisses Wagnis dar. Fabio Baumann hat sich für einen fahrenden Roboter entschieden, der lernen muss, an eine Wand zu gelangen und kurz zuvor anzuhalten. Also nur auf der Ebene vorwärts oder zurück.» Zu kompliziert wäre es geworden, wenn noch weitere Ebenen, wie «rechts und links» oder «oben und unten» berücksichtigt worden wären, ergänzte der Mentor.

Von den vier gebauten Modellen waren zwei zu langsam und deshalb unbrauchbar. Vom Paradestück präsentierte der junge Student Filmaufnahmen. Sein Lego-Roboter hatte dabei in mehreren Versuchen immer wieder sein Gedächtnis mit Werten gefüllt. In der entscheidenden Phase – der sogenannten Testphase – schaffte es sein Gefährt schliesslich, an die Wand zu gelangen. Allerdings hatte das Fahrzeug noch eine kurze Rückwärtsbewegung eingelegt. Der Grund dafür sei wahrscheinlich mangelndes Lernen. Sein «Gehirn» habe wohl diesen einen Zustand noch nicht gekannt, erklärte Fabio Baumann.

Viel dabei gelernt und Erfahrungen gemacht

Im Rückblick auf seine Arbeit meinte Baumann: «Es wäre vielleicht möglich gewesen, ein künstliches neuronales Netz zu verwenden, damit mein Roboter sich eine geradlinige Laufbewegung selber hätte beibringen können. Doch es ist nicht zwingend nötig. Es reicht bereits ein einfaches Lernverfahren. Ein künstliches neuronales Netz würde in diesem Fall den Vorgang nur erschweren.» Ein solches Netz wäre seiner Meinung nach nur dann nötig, wenn das gestellte Problem auch eine gewisse Komplexität besitze, das schwer zu lösen sei, ergänzte der junge Student, der in seiner Freizeit auch gerne singt und zeichnet.

Auch wenn es bei seiner Arbeit hin und wieder Tiefs gegeben hätte, sei er mit der Themenwahl zufrieden gewesen. Klar würde er im Nachhinein gewisse Dinge anders machen. Er habe mit seinem Werk aber gute Erfahrungen gemacht und dabei viel gelernt, stellte Fabio Baumann erfreut fest.