Zeichnen wie Menschen: GT-Team entwickelt Graffiti-Robotersystem

Ein Forschungsteam des Georgia Institute of Technology hat das erste Graffiti-Robotersystem gebaut, das die Flüssigkeit menschlicher Bewegungen nachahmen kann. Der Roboter mit dem Namen GTGraffiti zeichnet mithilfe von Motion-Capture-Technologie menschliche Malbewegungen auf und programmiert dann einen kabelbetriebenen Roboter zum Sprühen von Graffiti-Kunstwerken, indem er diese Gesten kombiniert und verarbeitet und so das Graffiti fertigstellt, das menschliche Künstler imitiert.

Das Projekt wurde von Gerry Chen, einem Doktoranden der Robotik am Georgia Tech, entworfen und in Zusammenarbeit mit dem Doktoranden Juan-Diego Florez, Frank Dellaert, Professor für Robotik an der School of Interactive Computing, Seth Hutchinson, Professor des KUKA Robotics Chair, und Sang-won Leigh, Assistenzprofessor an der School of Industrial Design, abgeschlossen. Eine von Experten begutachtete Studie des Robotersystems wird im Juni 2022 in den Proceedings of the International Conference on Robotics and Automation veröffentlicht.

Wie lernen Roboter das Kritzeln?

Damit ein Roboter in einem menschenähnlichen Stil zeichnen kann, müssen beim Entwurf sowohl der Roboter als auch die Kunst berücksichtigt werden. Das GTGraffiti-Robotersystem besteht aus drei Teilen: Gemäldeerfassung, Roboterhardware und Planungssteuerung.

Zunächst nutzte das Forschungsteam Motion-Capture-Technologie, um die Zeichnungen menschlicher Künstler aufzuzeichnen. Dies lieferte Einblicke in die Bewegungsarten, die für die Erstellung von Graffiti-Kunstwerken erforderlich sind. Für die Studie baten Chen und sein Team zwei Künstler, alphabetische Symbole im Graffiti-Stil von Blasenbuchstaben zu zeichnen. Während der menschliche Künstler malte, zeichneten sie die Bewegungen der Hand des Künstlers auf der Leinwand sowie die Bewegungen der Sprühdose selbst auf.

(Quelle: GT)

Das Erfassen der Bewegungsbahn der Hand und der Sprühdose ist für den Roboter von entscheidender Bedeutung, damit er mit ähnlichen Schichten, Kompositionen und Bewegungen malen kann wie ein menschlicher Künstler. Anschließend verarbeitete das Team die Daten, um Geschwindigkeit, Beschleunigung und Kraft jeder Bewegung zu analysieren, und nutzte diese Informationen in der nächsten Phase – der Entwicklung des Roboters.

Angesichts dieser Daten sowie der für das Kunstwerk erforderlichen Tragbarkeit und Genauigkeit entschieden sich die Forscher für den Einsatz eines kabelbetriebenen Roboters. Seilbetriebene Roboter auf Seil- und Flaschenzugsystemen sind in der Lage, sich flexibel über einen großen Bewegungsbereich zu bewegen. Anschließend montierte das Team den Roboter auf einem 2,74 x 3 Meter großen Stahlrahmen. Die Forscher sagen jedoch, dass das Robotersystem auch direkt auf einer flachen Struktur nahezu jeder Größe montiert werden kann, beispielsweise an der Seite eines Gebäudes.

In einem dritten Schritt wandelten die Forscher die Komposition des Künstlers in elektrische Signale um, um Text zu generieren, den der Roboter zeichnen kann. Anschließend verwendeten die Forscher mathematische Gleichungen, um die Flugbahn zu erzeugen, der der Roboter folgen sollte. Die von diesen Algorithmen generierten Pfade stellen sicher, dass der Roboter mit der richtigen Geschwindigkeit, Position, Ausrichtung und dem richtigen Blickwinkel malt. Schließlich werden diese Pfade in auszuführende Bewegungsanweisungen umgewandelt.

Um Problemen wie der Verwicklung in den Motoren des Maschinensystems vorzubeugen, ist die zentrale Steuerung des Roboters so programmiert, dass sie die Motorbefehle 1.000 Mal pro Sekunde neu berechnet, damit der Roboter sicher und zuverlässig arbeiten kann. Nach dem Zusammenbau kann der Roboter Kunstwerke im Stil eines menschlichen Graffiti-Künstlers malen.

(Quelle: GT)

In der Testsession wählte ein menschlicher Künstler die Buchstaben „ATL“ aus und erstellte damit ein Graffiti-Kunstwerk.

Warum Kunst? Warum Graffiti?

Zu den typischsten Branchen für Robotikanwendungen zählen Fertigung, Biomedizin, Automobilindustrie, Landwirtschaft und Militär. Doch es zeigt sich, dass die Kunst Robotik auf besonders eindrucksvolle Weise darstellen kann.

„Kunst, insbesondere Malerei oder Tanz, verkörpert einige der komplexesten und subtilsten Bewegungen, die der Mensch ausführen kann. Wenn wir also Roboter entwickeln wollen, die hochtechnische Dinge tun können, die Menschen tun, ist die Entwicklung von Robotern, die tanzen oder malen können, ein gutes Ziel. Diese Fähigkeiten demonstrieren die außergewöhnlichen Fähigkeiten von Robotern und lassen sich auch in einer Vielzahl anderer Anwendungen einsetzen“, sagte Chen.

Auf persönlicher Ebene besteht Chens Idee darin, dass die Menschen Roboter als Helfer für die Menschheit betrachten und nicht als Job-Ersatz oder Wesen, die Angst, Traurigkeit oder ein Gefühl des Untergangs verbreiten, wie sie oft in Filmen dargestellt werden.

Graffiti ist eine Kunstform, die grundsätzlich für die Öffentlichkeit bestimmt ist. In diesem Zusammenhang hoffe ich, dass wir Graffiti nutzen können, um zu vermitteln, dass Roboter, die mit Menschen zusammenarbeiten, einen positiven Beitrag zur Gesellschaft leisten können.

Derzeit drehen sich die Pläne von Chen und dem Team für den Roboter um zwei Hauptaspekte: die Bewahrung und die Erweiterung der Kunst. Zu diesem Zweck experimentieren sie derzeit mit der Reproduktion vorab aufgezeichneter Formen in verschiedenen Maßstäben und testen die Fähigkeit des Roboters, größere Flächen abzubilden.

Diese Fähigkeiten ermöglichen es dem Roboter, vergrößerte Versionen von Originalwerken an verschiedenen geografischen Standorten zu malen und Künstlern zu helfen, die vor Ort nicht mit der Sprühfarbe arbeiten können. Theoretisch könnte ein Künstler in einem Teil der Welt ein Kunstwerk zeichnen und der GTGraffiti-Roboter könnte dieses Kunstwerk in einem anderen Teil der Welt ausführen.

Chen hofft, in Zukunft GTGraffiti nutzen zu können, um Künstler beim Erstellen von Graffiti in der freien Natur zu fotografieren. Mithilfe der erfassten Bewegungsdaten kann GTGraffiti das Kunstwerk replizieren, ohne befürchten zu müssen, dass es übermalt oder beschädigt wird.

„Die Roboter selbst schaffen keine Kunst, sondern arbeiten mit menschlichen Künstlern zusammen, um ihnen zu ermöglichen, mehr zu erreichen, als sie ohne die Roboter könnten“, sagte Chen.

Chen geht davon aus, dass das Robotersystem irgendwann über Fähigkeiten verfügen wird, die es Künstlern ermöglichen, in Echtzeit mit dem Roboter zu interagieren. Er hofft beispielsweise, eine Technologie entwickeln zu können, die es einem Künstler ermöglicht, am Fuße eines Gebäudes in einem kleinen Bereich Graffiti zu sprühen, während ein kabelbetriebener Roboter gleichzeitig riesige Pinselstriche an die Seite des Gebäudes malen kann.

„Wir hoffen, dass unsere Forschung Künstlern dabei helfen kann, Kunstwerke zu schaffen, die von übermenschlichen Robotern ausgeführt werden und Botschaften stärker vermitteln als alles, was sie persönlich zeichnen könnten“, sagte Chen.

Quellen:

https://research.gatech.edu/introducing-gtgraffiti-robot-paints-human

https://dx.doi.org/10.48550/arXiv.2109.06238