campus - Ausgabe 4 - Dezember 2002 Forschung

Lego-Steine lernen sprechen

Foto: das bilderwerk

Kein Kinderspiel ist es, Lego-Steinen das Sprechen beizubringen. Das wissen Studierende der Computerlinguistik, die derzeit in einem Softwareprojekt hieran arbeiten. Dass es funktioniert, haben die Seminarleiter bereits gezeigt: Ihr sprechender Aufzug ließ bereits beim Besuch von Schulklassen am Lehrstuhl (Foto) die Herzen der Lego-Fans höher schlagen.
Foto: das bilderwerk

Ein Fahrstuhl, der mit seinen Insassen redet? So manchem Besucher wird dieses besondere Transportmittel in Gebäude 17, der Wirkungsstätte der Saarbrücker Computerlinguisten, nicht geheuer sein - selbst noch nach seiner Vorstellung in der letzten Campus-Ausgabe. Und auch ich bevorzuge nach kurzem Zögern die Treppe, anstatt mir schon auf dem Weg zu meinen Gesprächspartnern die breite Palette der Anwendungsmöglichkeiten des Faches an diesem Beispiel demonstrieren zu lassen. Oben angekommen treffe ich Alexander Koller und Dr. Geert-Jan Kruijff, die als Assistenten an den Lehrstühlen der Saarbrücker Experten für sprachverstehende Computersysteme Prof. Manfred Pinkal und Prof. Hans Uszkoreit arbeiten. Koller und Kruijff leiten ein außergewöhnliches Softwareprojekt: "Sprechende Roboter mit LEGO MindStorms" stehen in diesem Wintersemester bei 12 Studierenden auf dem Stundenplan. Eingeteilt in Dreierteams sollen die Studierenden am Ende vier eigene Roboter präsentieren können, die auf mündliche Befehle reagieren - mit Bewegung und gesprochenen Antworten.

"Wir wollen zwei Bereiche miteinander verbinden: Robotertechnik und Computerlinguistik", sagt Alexander Koller. "Die Studenten werden mithilfe von LEGO MindStorms selbstständig Roboter entwerfen und bauen. Die verknüpfen sie dann mit einem Dialogsystem, das über eine Spracherkennungs- und auch eine Sprachsynthesefunktion verfügt." Ein solches Dialogsystem ermöglicht die Kommunikation zwischen Mensch und Maschine - allerdings nur in dem Maße, in dem es zuvor mit dem entsprechenden Vokabular gefüttert worden ist. Die Studierenden definieren deshalb einen relativ beschränkten Aktionsradius für ihre LEGO-Geschöpfe, um das ohnehin zeitintensive Vorhaben noch innerhalb des Semesters zu Ende bringen zu können. Für ihr Softwareprojekt verwenden Kruijff und Koller ein Dialogsystem der Firma CLT Sprachtechnologie, die Professor Pinkal mitbegründet hat. Das Baukasten-System von LEGO MindStorms enthält zusätzlich zu den wohlbekannten LEGO-Steinen spezielle Elemente für die Konstruktion von Robotern. Das wichtigste dabei ist der RCX, ein programmierbarer LEGO-Computer, der als "Gehirn" des Roboters später dessen Sensoren und Mikromotoren steuert. Gleich mitgeliefert wird auch ein firmeneigenes Programmiersystem, mit dem selbst Anfänger den Roboter über den RCX "dressieren" können. Dieses ist den Saarbrückern für ihr Projekt aber nicht mächtig genug: "Die Programmierung von Robotern ist nicht mit der von PCís zu vergleichen," erklärt Kruijff, "Roboter bewegen sich in der Wirklichkeit mit all ihren Einflüssen und Unsicherheiten. Bei der Programmierung muss man dem Rechnung tragen und fragen: Wie kann der Roboter auf ein unvorhergesehenes Hindernis reagieren? Wie orientiert er sich, und wie findet er wieder zurück, wenn er sich mal verlaufen hat?" Die Projektteilnehmer verwenden deshalb die Programmiersprache Java, die Hobby-Tüftler im Rahmen des Lejos-Systems (eine Weiterentwicklung des Lego operation systems) auf den RCX gebracht haben. Damit lässt sich der RCX exakter programmieren, und das Robotergehirn bekommt bessere Kontrolle über den Körper. "Genaugenommen führen wir also drei verschiedene Komponenten zusammen," erklärt Koller, "das Dialogsystem auf einem normalen PC, den Roboter und das Programm, das auf dem kleinen RCX läuft." Die Kommunikation zwischen PC und RCX im mobilen Roboter verläuft dabei über Infrarotschnittstellen.

Die Idee zum Roboter-Projekt entstand letzten Sommer: Geert-Jan Kruijff lieh seinem Kollegen Alexander Koller seinen privaten Baukasten und lockte ihn dadurch in die verschworene Gemeinschaft der LEGO MindStorms-"Community". Erstes Ergebnis war ein handliches Modell des sprechenden Aufzugs in Gebäude 17, das nun auch den roboterbauenden Studierenden als Anschauungsobjekt dient. Die Firma LEGO, begeistert von der Saarbrücker Idee, stellte prompt die "Hardware" zur Verfügung: zwei Mindstorm-Baukästen für jedes der vier Studenten-Teams.

Deutschlandweit hat das Seminar zum Bau sprechender Lego-Roboter keine Konkurrenz. "Zwar wird in reinen Robotik-Kursen schon mal mit LEGO gearbeitet," so Kruijff, "aber die Kombination von LEGO MindStorms und Sprachtechnologie in einer Lehrveranstaltung - das gabís, soweit wir wissen, noch nicht." Die beiden Projektleiter sind sich aber sicher, dass ihre Veranstaltung Nachahmer finden wird. "Schließlich ist der intelligente Roboter ein uralter Traum der Künstlichen Intelligenz und gerade solche Spielereien wie das LEGO-Projekt sind auf dem Weg dahin kleine, aber grundlegende Schritte. Und bei dieser Pionierarbeit mit dabei zu sein, ist auch für Studierende spannend."

Und auch ich wage am Ende unseres Gespräches nun noch einen - für mich besonderen - Schritt: in den sprechenden Aufzug, der sich freundlich nach meinem Ziel erkundigt und mich schließlich sanft im Erdgeschoss absetzt.

Annika Spillner