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Projekt CIMON in der Astronautenschule

Projekt CIMON (Crew Interactive Mobile companiON), Abkürzung CIMON ist der weltweit erste fliegende und autonom agierende Astronauten-Assistent, der mit  Künstlicher Intelligenz (KI) ausgestattet wurde. Der etwa medizinballgroße Technologie-Demonstrator wurde gemeinsam mit Airbus im Auftrag des Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrums (DLR) entwickelt. CIMON soll bei der Horizons-Mission von Alexander Gerst ab Juni 2018 im Columbus-Modul der ISS bei wissenschaftlichen Experimenten zum Einsatz kommen. Im Projekt CIMON steckt KI von IBM Watson.

 

Nichts geht ohne Training!

Der Astronauten-Assistent CIMON kann sehen, hören, verstehen und sprechen – und das ist einfacher gesagt als getan. Denn das gesamte Fachwissen und die sensorischen Fähigkeiten müssen von Menschen antrainiert und auf die besonderen Bedürfnisse des Astronauten und die komplexen Anforderungen auf der ISS zugeschnitten werden. Das anzulernende Fachwissen besteht aus spezifischen Fachbegriffen und ihrer Aussprache, den Zusammenhängen innerhalb der Experimente sowie dem Erkennen von Objekten und der Astronauten. Des Weiteren müssen Umgebungsgeräusche, wie sie nur auf der ISS zu finden sind, aufgrund der Lautstärke automatisch herausgefiltert werden können, damit CIMON die Befehle versteht und ausführen kann. Je nach Gesprächssituation kann CIMON zudem die Modulation der Stimme anpassen – also etwa konzentriert klingen bei Experimenten oder entspannt, wenn es um einfache Fragen geht.

„CIMON ist in dieser Form weltweit einzigartig“, fasst Dr. Christian Karrasch, CIMON-Projektleiter im DLR Raumfahrtmanagement in Bonn, zusammen. „Dieses Experiment soll zeigen, inwieweit es möglich ist, die Astronauten im europäischen Columbus-Modul der ISS bei ihren Arbeiten zu unterstützen und sie vor allem bei Routineaufgaben zu entlasten. Im Idealfall könnten die Astronauten dadurch ihre Zeit noch besser und effektiver nutzen. Wir betreten hier Neuland und bewegen uns mit dem Projekt an der Schwelle des technologisch Machbaren.“

CIMON wurde in verschiedenen Kategorien intensiv trainiert. Quelle: IBM

Dazu muss die Watson KI in folgenden Kategorien intensiv trainiert werden (supervised learning):

  1. Speech-to-Text: Hierbei geht es um die Fähigkeit, das gesprochene Wort in Text zu verwandeln;
  2. Text-to-Speech: Text wird in Sprache verwandelt;
  3. Conversation (Assistant): Sprache und Inhalte sollen im Kontext und ihrer Intention verstanden und daraus die richtigen Rückschlüsse gezogen werden;
  4. Bilderkennung: Die KI muss in diesem konkreten Fall in der Lage sein, das Gesicht von Alexander Gerst aus allen Perspektiven heraus zu erkennen.

Durch den vollständig sprachgesteuerten Zugriff auf Dokumente und Medien kann der Astronaut durch alle Arten von Prozessdokumentationen der Experimente sowie Bedienungs- und Reparaturanleitungen der Anlagen navigieren. CIMON fliegt neben dem Astronauten her und ermöglicht es ihm beide Hände frei zu haben. Er dient somit als komplexe Datenbank mit allen notwendigen Informationen für die Arbeiten auf der ISS. Zeitgleich kann er darüber hinaus als mobile Kamera für Dokumentationszwecke genutzt werden.

Der digitale Assistent CIMON von Alexander Gerst ist viel mehr als ein intelligenter Chatbot

CIMON wurde im Training individuell auf die Zusammenarbeit mit Alexander Gerst eingestellt. CIMON erkennt sein Gesicht, seine Stimme und die Aussprache. Da er nicht wie ein emotionsfreier Sprachroboter handeln soll, ist solch ein Training alles anders als trivial. Denn im Dialog mit ihm soll das Gefühl einer echten Unterhaltung entstehen – in der es eben nicht nur um Inhalte, sondern auch um dynamische Reaktionen innerhalb des Gesprächs und um die situativ angepasste Modulation der Stimme oder um die passende Wortwahl geht. CIMON soll ein möglichst angenehmer und authentischer Assistent sein.

Die Watson KI muss also nicht nur lernen, wie beispielsweise das phonetische Alphabet funktioniert, welche Abkürzungen Alexander Gerst verwendet, um CIMON Anweisungen zu geben oder wie bestimmte Begriffe ausgesprochen werden. Sondern er muss auch begreifen, wie sich Geräusche und Stimmen auf der ISS unter dem Einfluss ständig brummender Ventilatoren und Geräte anhören oder ob eine Frage oder Anweisung des Astronauten in ihrer Intention positiv oder negativ formuliert wurde. Um das zu lernen, arbeiten wir, das IBM Entwicklerteam der Watson KI in diesem Projekt, mit einem eigens entwickelten Modell, das mittels Deep Learning nach dem Prinzip „verstehen – bewerten – lernen“ in der Lage ist, die jeweiligen Informationen einzuordnen, zu interpretieren und entsprechend darauf zu reagieren.

Kombination von dynamischen und statischen Informationen

Eine weitere Herausforderung für den digitalen Assistenten ist die Entwicklung eines Verständnisses für das, was gesagt wird und was in Folge auch von ihm getan werden muss. Eine Leistung, die wir mit dem Watson Assistant Service ermöglichen können. Dazu ist es nicht nur notwendig, dass die Inhalte in ihrem Kontext verstanden werden, sondern ebenso die damit verbundene Intention und welche Reaktion darauf erwartet wird. Wenn der Astronaut sagt „let’s start the crystallization experiment“, zieht das eine Reihe von Maßnahmen nach sich, die CIMON automatisch und dynamisch antizipieren muss. Er muss wissen, welche Prozeduren und Abläufe dieses spezifische Experiment beinhaltet und wo er die entsprechenden Informationen dazu findet. In aller Regel sind diese Prozeduren in separaten PDF-Dokumenten abgelegt, die CIMON dann automatisch zu Rate zieht. Die Künstliche Intelligenz muss also auch in der Lage sein, dynamische (laufender Dialog) und statische Informationen (PDF-Dokument) im jeweiligen Kontext richtig zu kombinieren, um seinem Ruf als hilfreicher Assistent tatsächlich gerecht zu werden. Falls ihm das nicht auf Anhieb gelingt oder er etwas nicht verstanden hat, fragt er einfach nach.

Auch in der seltenen Freizeit des Astronauten kann CIMON bei Bedarf zum Einsatz kommen. Für einen Small Talk etwa zum Sinn des Lebens, des Wetters auf der Erde oder den neuesten Bundesliga-Ergebnissen. CIMON soll bewusst auch außerhalb der wissenschaftlichen Experimente auf der ISS verwendet werden können. Denn mit dem Projekt sollen mittelfristig auch soziale Aktionen zwischen Mensch und Maschine erforscht werden. CIMON verfügt jedoch noch längst nicht über alle denkbaren Fähigkeiten: „Mittelfristig wollen wir uns auch sogenannten Gruppen-Effekten widmen, die sich bei kleinen Teams über lange Zeit hinweg entwickeln und bei Langzeitmissionen zu Mond und Mars auftreten können. Denn die soziale Interaktion zwischen Mensch und Maschine, zwischen Astronaut und einem mit emotionaler Intelligenz ausgestattetem digitalen Assistenten, könnte eine wichtige Rolle für den Erfolg solcher Langzeit-Missionen spielen.“, so Till Eisenberg, CIMON-Projektleiter bei Airbus. Im aktuellen Projekt geht es allerdings vor allem um die Demonstration der Machbarkeit sowie mehr Effizienz und Effektivität bei der Durchführung der wissenschaftlichen Experimente auf der ISS.

Das Airbus & IBM Team mit CIMON und Prototyp/Testversion (rechts). Quelle: IBM

Diese Mission des Projektes CIMON ist also erst der Start in eine spannende Zukunft, bei der es darum gehen wird, die Grenzen des Einsatzes Künstlicher Intelligenz im All auszuloten und CIMON als digitalen Astronauten-Assistenten kontinuierlich weiterzuentwickeln.

Bevor es ins All geht, ist Projekt CIMON auch auf der neuen CEBIT bei IBM in Pavillion 34 und 35 zu sehen. Schauen Sie vorbei oder lesen Sie den THINK Blog Beitrag dazu. Und noch ein TV-Tipp für alle Weltraumfans: Am 6. Juni ab 23.30 Uhr präsentiert Harald Lesch in der „Nacht der Raumfahrt“, was auf der ISS so alles passieren wird – und CIMON ist auch mit von der Partie.

 

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