Würzburg. HELIA ist noch etwas ungelenk, stakst mit lauten Schritten durch die Flure und bewegt sich ausschließlich nach den Impulsen der Fernsteuerung. Aber schon bei ihrem ersten Auftritt auf der Station H21/22 der Hautklinik am Uniklinikum Würzburg (UKW) flogen der roten Roboterhündin mit den silbernen Beinchen alle Herzen zu. Pflegekräfte, Reinigungspersonal, Ärztinnen und Ärzte sowie Patientinnen und Patienten zückten ihre Handys oder reckten die Hände, um HELIA zu streicheln oder zumindest ein Bild von ihr zu machen. HELIA steht für „Helfender Roboter im Klinikalltag“. Wie genau der vierbeinige Roboter im Klinikalltag eingesetzt werden kann und darf, das testet das UKW in den kommenden drei Jahren gemeinsam mit dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT), dem FZI Forschungszentrum Informatik und dem Forschungszentrum Jülich (FZJ).
Visiten protokollieren, Befunde dokumentieren, Wunden fotografieren und Vitalwerte messen
Ziel ist es, dass HELIA künftig auf mündliche Befehle autorisierter Fachkräfte aus Pflege und Medizin hört und diese ausführt. Sie soll bei Visiten mitlaufen und das Personal entlasten – zum Beispiel indem sie die Visite protokolliert, Befunde dokumentiert und diese idealerweise ins Krankenhausinformationssystem (KIS) überträgt. Darüber hinaus könnte HELIA selbst Daten erheben, beispielsweise indem sie Wunden fotografiert und Vitalwerte misst. Geplant ist außerdem, dass der Laufroboter die Patientinnen und Patienten zu Terminen begleitet, das Gesagte auf einem Bildschirm anzeigt und ihnen die Technik im Patientenzimmer erklärt.
Maßstäbe setzen
„Voraussetzung ist natürlich, dass sowohl das Personal als auch die Patientinnen und Patienten damit einverstanden sind, dass HELIA sie bei der Aufnahmeuntersuchung und während ihres stationären Aufenthalts begleitet“, sagt Prof. Dr. Astrid Schmieder. Die Dermatologin und leitende Oberärztin der Klinik und Poliklinik für Dermatologie, Venerologie und Allergologie freut sich jedenfalls riesig über den vierbeinigen Roboter. Als Prof. Dr.-Ing. Arne Rönnau, Direktor am FZI und Professor für Maschinelle Intelligenz und Robotik am KIT, und Christoph Zimmermann, Leiter der Abteilung Medizinische Informationstechnik am FZI, mit der Idee eines Roboterhundes auf der Station auf sie zukamen, war die engagierte Ärztin und Wissenschaftlerin sofort Feuer und Flamme für das neue Forschungsprojekt. Sie hatte keine Mühe, die Belegschaft für HELIA zu begeistern. Alle sehen das Potential dieser Zukunftstechnologie, die perspektivisch in verschiedenen Gesundheitseinrichtungen, in der häuslichen Pflege und im Rettungsdienst eingesetzt werden könnte, und freuen sich, hier Maßstäbe zu setzen.
Effektiv, viel erreicht und immer Verlass
Warum Würzburg? „Wir hatten bereits im vorhergehenden Projekt, HybridVITA, hervorragend zusammengearbeitet. Wir waren effektiv, haben sehr viel erreicht, konnten uns immer aufeinander verlassen und wir hatten auch noch Spaß am Projekt. Aus diesem Grund wollten wir die Implementierung eines Roboterhundes im Krankenhaus auch gern in Würzburg mit Astrid Schmieder erforschen", kommentiert Christoph Zimmermann. Der studierte Elektro- und Informationstechniker und sein Team vom FZI befassen sich damit, wie eine natürliche sprachliche Kommunikation zwischen Fachpersonal, Hund und Patient stattfinden kann und wie das System bei einer kontinuierlichen Aufnahme von Hautoberflächen oder der Wundbetrachtung unterstützen kann. Bei HybridVITA ging es bereits um die medizinische Betreuung von Patientinnen und Patienten mit chronischen Hauterkrankungen mittels einer appbasierten Lösung mit kontaktloser Diagnostik.
HELIA wird über Sprache trainiert und programmiert
Warum setzt das Projekt HELIA auf einen hundeähnlichen Laufroboter statt auf eine humanoide Maschine? Menschen reagieren oft sensibel, wenn Technik ihnen zu ähnlichsieht. Dieses Phänomen heißt „Uncanny Valley“ – je menschlicher ein Roboter erscheint, ohne völlig echt zu wirken, desto stärker empfinden viele Personen Unbehagen. Ein vierbeiniger Roboter bleibt klar als technische Unterstützung erkennbar und vermeidet diesen Effekt. „Wir möchten ein System entwickeln, das Beschäftigte im Klinikalltag intuitiv als hilfreich wahrnehmen“, sagt Arne Rönnau. Sein Team am Institut für Informationsmanagement im Ingenieurwesen des KIT erforscht, wie ein Laufroboter nicht mehr mühsam per Software programmiert werden muss, sondern Aufgaben einfach aus natürlich gesprochenen Erklärungen lernt. Beschäftigte in der Klinik sollen dem Roboter beschreiben können, was er tun soll – und die Künstliche Intelligenz setzt diese Anweisungen direkt in funktionsfähige Programme um. „Es ist dann so, als hätte der Roboter eine Tätigkeit erklärt bekommen und sie anschließend selbst erlernt“, erklärt Rönnau. Dafür entwickeln die Forschenden das System „Erklärt-Programmiert-Gemacht!“ (EPG), das Sprachverarbeitung, Robotik und Personenerkennung verbindet.
Ein zusätzlicher Greifarm, um Türen zu öffnen und Essen abzuräumen
Das heißt: HELIA geht jetzt erst einmal in die Hundeschule, um zu lernen, wer ihr überhaupt Befehle geben darf. Eine Sprachsoftware wandelt die Sätze der Mitarbeitenden in entsprechende Codes um, sodass der Robo-Dog die verschiedenen Aufgaben, die auf der Station anfallen, ausführen kann. „Wir sind gespannt, wie wir hier am besten helfen können“, sagt Arne Rönnau. Im nächsten Schritt erhält HELIA zum Beispiel einen Greifarm, damit sie auch Türen öffnen, Lagerware auffüllen, Essen abräumen und Wunden fotografieren kann.
Ein Robotereinsatz im Krankenhaus wirft natürlich auch ethische, rechtliche und soziale Fragen auf – kurz ELSA für Ethical, Legal and Social Aspects. Darum kümmert sich das FZJ. Prof. Dr. Jan-Hendrik Heinrichs fasst die Herausforderungen wie folgt zusammen: „Zentral ist, dass das HELIA-System nach Möglichkeit zum Wohl der Patientinnen und Patienten eingesetzt wird und diese nicht gefährdet. Darüber hinaus soll HELIA Medizinberufe entlasten und trotzdem ein sicheres Arbeitsumfeld ermöglichen. Dadurch können Ressourcen dort eingesetzt werden, wo sie den größten medizinischen bzw. pflegerischen Nutzen schaffen, ohne dass neue Ungleichheiten in der Verwendung von Gesundheitsressourcen entstehen.“
„Achtung, hier ist ein Roboterhund für Forschungszwecke im Einsatz!“
Nach ihrem gelungenen Debüt auf der Station kehrt HELIA zurück ins Körbchen in der Bibliothek der Dermatologie, wo sie in Ruhe ihre Batterien auflädt. Auf der Station wird hingegen eifrig diskutiert, welche Augen man dem Hund aufkleben soll und ob man HELIA ein Fässchen um den Hals hängen sollte - schließlich hat sie nicht nur die Größe eines Bernhardiners, sondern kommt auch aus der Schweiz. Der Roboterhund HELIA wurde von der Schweizer Firma ANYbotics entwickelt und heißt eigentlich ANYmal. Derzeit sind rund 200 der genannten ANYmals im Einsatz, allerdings primär dort, wo es für Menschen gefährlich ist. Als Inspektionsroboter überwachen sie Ölplattformen, Windparks oder Stahlwerke. Klinikstationen sind neu. „Da bei uns niemand mit einem Roboterhund rechnet, müssen wir am Eingang vor dem Hund warnen“, schmunzelt Astrid Schmieder. „Achtung, hier ist ein Roboterhund für Forschungszwecke im Einsatz!“
Projektbeteiligte HELIA – Robo-Dog
- Hautklinik, Uniklinikum Würzburg (UKW)
Marco Stumpf, Jan-Hendrik Maiwald, Jörg Eberling, Marion Berthold,Tassilo Dege, Astrid Schmieder - Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Roberto Corlito, Louis Ensil, Hong Phuoc Nguyen Nguyen, Arne Rönnau - FZI Forschungszentrum Informatik
Dominik Beyer, Julia Konle, Christoph Zimmermann - Forschungszentrum Jülich GmbH (FZJ)
Dilara Diegelmann, Jan-Hendrik Heinrichs - Projektträger VDI/VDE Innovation + Technik GmbH (VDI/VDE-IT)
Sandra Beyer, Patrick Ehrenbrink
Förderung
HELIA wird bei der Fördermaßnahme des Bundesministeriums für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) „Natürlichsprachliche Integration von Robotik in Gesundheitseinrichtungen (NLP.bot) mit 1,78 Millionen Eurounterstützt. Von 54 eingereichten Skizzen wurden acht Projekte zur Förderung ausgewählt. Zur Projektbeschreibung: HELIA — Miteinander durch Innovation
Text: Kirstin Linkamp / Wissenschaftskommunikation
