Das ist CIMON, der digitale Kollege der ISS-Crew

Ein digitaler Assistent made in Germany mit Künstlicher Intelligenz aus den USA war bereits vor einem Jahr auf der ISS im Einsatz. Die zweite Version soll die Astronauten nicht nur bei technischen Aufgaben entlasten, sondern sie auch vor zu viel Stress bewahren.

Am 18. November 2018 holte der deutsche Astronaut Alexander Gerst ein 32 Zentimeter großes, kugelrundes Gerät aus seiner Box und aktivierte es mit den Worten „Wach auf, CIMON!“. Die Antwort: „Was kann ich für Dich tun?“ Danach durfte CIMON (Crew Interactive MObile companioN), der erste digitale Assistent auf der Internationalen Raumstation ISS, 90 Minuten lang mit Gerst zusammenarbeiten – die Premiere war geglückt. 

CIMON zum ersten mal in Aktion mit dem deutschen Astronauten Alexander Gerst. (Quelle: ESA)
CIMON zum ersten mal in Aktion mit dem deutschen Astronauten Alexander Gerst. (Quelle: ESA)

Seit dem 5. Dezember 2019 ist nun CIMON 2, die zweite Version des Weltraumroboters an Bord der ISS. Am Äußeren hat sich nicht viel verändert. Das 5 Kilogramm schwere Gerät wurde nach Simon Wright, dem „fliegenden Gehirn“ der Zeichentrickserie „Captain Future“ modelliert. Ebenso wie Simon Wright ist auch CIMON mit Sensoren, Kameras und einem Sprachprozessor ausgestattet. Seine Augen sind eine Stereo-Kamera, seine Ohren insgesamt neun Mikrofone, eins davon speziell für die Spracherkennung. Sein Mund ist ein Lautsprecher, über den er sprechen und Musik abspielen kann. Außerdem hat es eine hochauflösende Kamera zur Gesichtserkennung und zusätzlich zwei seitliche Kameras für Fotos und Videodokumentation. 

Überall da, wo er gebraucht wird

Entwicklung und Bau des Weltraumassistenten wurden vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Auftrag gegeben und von Airbus in Friedrichshafen und Bremen umgesetzt. Der wesentliche Bestandteil seiner Betriebssoftware ist Watson, IBMs sprachgesteuerte Künstliche Intelligenz, die über eine Datenverbindung mit der IBM-Cloud geliefert wird. Selbstständig lernen darf CIMON allerdings noch nicht, er muss aktiv von einem Menschen trainiert werden.

CIMONs Aufgabe besteht darin, den Astronauten bei Arbeiten zu assistieren, bei denen sie beide Hände frei haben müssen. Sie können ihn dazu per Sprache auffordern, Dokumente und Medien aufzurufen und sie durch Bedienungs- und Reparaturanleitungen zu führen, um ihre Experimente durchzuführen. Das Gerät kann sich dazu selbst in die richtige Position bringen. In der Schwerelosigkeit reichen ihm dazu seine zwölf internen Rotoren, über die er sich in alle Raumrichtungen bewegen kann. Ultraschall-Sensoren messen dabei Abstände und verhindern Kollisionen.

So ist CIMON gebaut. (Quelle: DLR)
So ist CIMON gebaut. (Quelle: DLR)

CIMON kann sich dem Astronauten zuwenden, wenn er angesprochen wird, Kopfnicken, Kopfschütteln und räumlich selbstständig oder auf Kommando folgen. Als mobile Videokamera kann er auch alle Arbeitsschritte dokumentieren. Die KI zur autonomen Navigation stammt von Airbus und dient der Bewegungsplanung und Objekterkennung.

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CIMON ist als Team-Player konzipiert

CIMONs Einsatz „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“, erklärt Projektleiter Dr. Christian Karrasch vom DLR Raumfahrtmanagement in Bonn. Idealerweise sollten die Astronauten dadurch ihre Zeit noch besser und effektiver nutzen können. „Wir betreten hier Neuland und bewegen uns mit CIMON an der Schwelle des technologisch Machbaren.“

Die Technik-Assistenz ist allerdings nur die Hälfte von CIMONs Auftrag. Die andere Hälfte hat eine sehr menschliche Charakteristik und wurde von Wissenschaftlern des Klinikums der Universität München (LMU) mitentwickelt. „Unsere Studien zeigen, dass ein Aufenthalt in Schwerelosigkeit die Funktion des Immunsystems der Astronauten signifikant beeinträchtigen kann“, sagt Dr. Judith-Irina Buchheim. Stress sei dabei ein wesentlicher Einflussfaktor. Anstrengende Aufgaben, die man zusammen mit einem Kollegen erledigt, würden aber meist als weniger anstrengend empfunden. CIMON könnte die Astronauten als Partner unterstützen und dadurch ihren Stress reduzieren.

Eines Tages auf dem Weg zum Mars

CIMON-2 und drei seiner geistigen Eltern (von links): DLR-Projektleiter Dr. Christian Karrasch, die Medizinerin und wissenschaftliche Leiterin Dr. Judith Buchheim, Klinikum der Ludwig-Maximilians-Universität München und Till Eisenberg, CIMON-Projektleiter bei Airbus. (Quelle: DLR)
CIMON-2 und drei seiner geistigen Eltern (von links): DLR-Projektleiter Dr. Christian Karrasch, die Medizinerin und wissenschaftliche Leiterin Dr. Judith Buchheim, Klinikum der Ludwig-Maximilians-Universität München und Till Eisenberg, CIMON-Projektleiter bei Airbus. (Quelle: DLR)

„Bei seinem ersten Einsatz auf der ISS hat CIMON bewiesen, dass er Inhalte nicht nur in ihrem Kontext verstehen kann, sondern auch die Intention dahinter“, erklärt Matthias Biniok, Projektleiter für Watson bei IBM. Mit der zweiten Version des Assistenten komme eine weitere Fähigkeit der natürlichen Sprachverarbeitung zum Einsatz. „CIMON 2 ist nun in der Lage, die Emotionen der Astronauten auszuwerten und situationsgerecht darauf zu reagieren, wenn die Astronauten es möchten, oder wenn die Emotionsanalyse im Rahmen eines Experiments getestet wird.“

„Mittelfristig wollen wir uns auch Gruppeneffekten widmen, die sich bei kleinen Teams über lange Zeit hinweg entwickeln und bei Langzeitmissionen zu Mond und Mars auftreten können“, sagt Till Eisenberg, CIMON-Projektleiter bei Airbus. „Denn die soziale Interaktion zwischen Mensch und Maschine, zwischen Astronaut und mit emotionaler Intelligenz ausgestattetem Flugbegleiter, könnte eine wichtige Rolle für den Erfolg dieser Missionen spielen.“

Die KI soll irgendwann auch lokal funktionieren

CIMON 2 soll bis zu drei Jahre auf der Raumstation bleiben und die Besatzung unterstützen. Dazu wurde der Assistent weiterentwickelt und verfügt jetzt über sensiblere Mikrophone und einen besseren Orientierungssinn. Auch die KI-Fähigkeiten und die Stabilität der komplexen Softwareanwendungen wurden laut IBM deutlich verbessert. 

Ein wichtiger Punkt ist auch die erweitere Lebenslaufzeit. „Innerhalb dieser Einsatzdauer denken wir an weitere Schritte, wie z.B. die KI auf eine Cloud der ISS zu bringen“, sagt DLR-Projektleiter Christian Karrasch. Dies wäre ein Meilenstein der Entwicklung hin zu einem völlig autonomen Assistenzsystem, das fit für komplexere Aufgaben ist. „Auf dem Weg zum Mond oder Mars könnte sich die Crew dann auch ohne eine permanente Datenverbindung zur Erde auf einen KI-basierten Assistenz-Service verlassen“, so Karrasch. Der Nebeneffekt: Auf der Erde wäre ein Gerät wie CIMON zum Beispiel auch in der Lage, Menschen in Gegenden mit schwacher Infrastruktur bei komplexen Aufgaben zu unterstützen.

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