Mensch und Roboter arbeiten heute meist strikt getrennt voneinander. Doch was passiert, wenn beide Hand in Hand gemeinsam Aufgaben lösen müssen? Wenn der Roboter schneller wird, er seine Bewegungsbahn variiert und damit unvorhersehbarer wird, nehmen bei den Probanden Stress- und Fehlerhäufigkeit zu. Das sind Ergebnisse des Psychologen Markus Koppenborg von der Universität Bonn, der seine Masterarbeit am Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (IFA) in Sankt Augustin absolvierte. Die Arbeit wurde mit dem Georgia und Helmut Friedrich-Stiftungspreis ausgezeichnet.
Der Roboter und die Arbeitsumgebung werden täuschend echt dreidimensional auf einem Großbildschirm projiziert. Der Proband steht davor am Laptop und erteilt damit Befehle. Foto: Birgit Naber/IFA
Roboter sind kaum mehr wegzudenken: Im Automobilbau schweißen die programmierbaren Maschinen Bleche zusammen. In Kernkraftwerken verrichten sie in radioaktiven Bereichen ihre Arbeit. Und selbst im Operationssaal kommen sie zum Einsatz, um dort hochpräzise Eingriffe vorzunehmen.
Damit es mit den flinken und enorm kräftigen Maschinen zu keinen Unfällen kommt, gilt die Sicherheitsregel, dass der Arbeitsraum von Mensch und Roboter strikt zu trennen sind. „Der so genannte kollaborierende Roboter ist eine Zukunftsvision: Er soll mit dem Menschen Hand in Hand arbeiten“, sagt Markus Koppenborg, der an der Universität Bonn und dem Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (IFA) in Sankt Augustin seine Masterarbeit zu diesem Thema absolviert hat.
Arbeitsräume von Mensch und Roboter überschneiden sich
Der Psychologe der Universität Bonn untersuchte im Labor, wie Probanden die Zusammenarbeit mit einem Roboter hinsichtlich Gefahren und Beanspruchung empfinden und wie ihre Arbeitsleistung beeinflusst wird. Hierfür nutzte Koppenborg das Virtual-Reality-Labor des IFA. Auf einem acht mal drei Meter großen, halbkreisförmigen Großbildschirm wurde ein täuschend echt aussehender dreidimensionaler Roboter in einer Industriehalle projiziert, der Werkstücke zu verschiedenen Behältern transportierte. An einem Schaltpult konnten die Probanden durch Knopfdruck Befehle an den künstlichen Helfer erteilen. „Das Besondere bei dem Experiment war, dass sich die Arbeitsräume von Mensch und Roboter überschnitten“, berichtet Koppenborg.
Die Herausforderung war nicht trivial: Die Probanden hatten an einem Computer Produktionsaufgaben zu erledigen und mussten gleichzeitig noch den Roboter per Knopfdruck anweisen, wohin er die Werkstücke transportieren sollte. Zudem wurde die Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters gesteigert und seine Bewegungsbahn variiert, wodurch seine Bewegungen unvorhersehbarer wurden. Währenddessen erfasste der Psychologe, wie viele Aufgaben von den Testpersonen in einer bestimmten Zeit erledigt wurden und wie groß die Fehlerrate dabei war. Außerdem zeichneten Sensoren die Herzfrequenz der Probanden auf.
Leistungseinbußen und erhöhter Stress
Die Ergebnisse zeigten, dass bei den Probanden Leistungseinbußen bei der Aufgabenbearbeitung zu verzeichnen waren, sobald der Roboter in variierender Bahn und damit unvorhersehbarer arbeitete. Je flotter die programmierbare Maschine werkelte, desto größer war das Empfinden von Angst und Beanspruchung bei den Testpersonen. Die größte Gefahr nahmen die Probanden bei Roboterbewegungen wahr, die sowohl schnell waren als auch in ihrer Bahn variierten. „Auf kritische Situationen kann der Nutzer bei hoher Beanspruchung nicht mehr adäquat reagieren, woraus sich Sicherheitsrisiken ergeben“, sagt Koppenborg.
Diese Erkenntnisse können zur Erhöhung der Sicherheit sowie der Maximierung der Effizienz in der Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter beitragen. „Die Bedeutung der in der Masterarbeit untersuchten Fragestellung liegt in der häufigen – und in Zukunft wahrscheinlich noch wachsenden – Interaktion zwischen Mensch und Roboter an industriellen Arbeitsplätzen“, sagt Prof. Dr. Ulrich Ettinger vom Institut für Psychologie der Universität Bonn, der die Arbeit mitbetreute.
„Herr Koppenborg hat mit seiner experimentellen Simulationsstudie ein Thema bearbeitet, in dem noch viel Potenzial für die Zukunft steckt“, sagt Dr. Peter Nickel, der für das IFA die Masterarbeit betreute. Für viele Branchen gebe es Pläne für Arbeitsplätze, an denen Menschen und Roboter kooperieren und kollaborieren sollen. Erste Beispiele dafür zeichneten sich bereits heute in der betrieblichen Praxis ab. Für seine außergewöhnlichen Leistungen in seiner Masterarbeit und sein bisheriges Engagement wurde Koppenborg mit dem Georgia und Helmut Friedrich-Stiftungspreis 2013 ausgezeichnet. Der Preis ist mit 3.500 Euro dotiert. Nach dem Abitur in Münster studierte Koppenborg Psychologie und Politikwissenschaft in Trier und Aachen. Danach absolvierte er ein Master-Studium in Psychologie an der Universität Bonn. Er arbeitet nun als wissenschaftlicher Mitarbeiter im IFA.
