Katherine J. Kuchenbecker als neue Direktorin an das Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme berufen

Die Wissenschaftler der neuen Abteilung "Haptische Intelligenz" streben an, Roboter mit einer ausgeklügelten haptischen Wahrnehmung auszustatten und Methoden zu entwickeln, die Anwendern von virtuellen Systemen und ferngesteuerten Robotern eine realitätsnahe Rückmeldung mithilfe des Tastsinnes liefern.

Dr. Kuchenbeckers Forschung konzentriert sich auf den Bereich der Haptik und untersucht die Wechselwirkung von Robotern bzw. Menschen mit Objekten mithilfe des Tastsinns.  Der Mensch ist mit einem hervorragenden Tastsinn ausgestattet, dessen Wichtigkeit ihm normalerweise gar nicht bewusst ist. Wir benötigen die taktile Information bei Interaktionen, die von alltäglichen Handgriffen, wie zum Beispiel dem Herausziehen unseres Schlüssels aus der Tasche, bis zu hochspezialisierten Vorgängen, wie der Lokalisation und der Diagnose eines malignen Tumors durch den Arzt, reicht. Ohne Tastsinn könnten wir unsere Körper nicht kontrollieren oder Dinge steuern. 

Die heutigen Robotersysteme haben typischerweise hochauflösende Kameras, leistungsfähige Prozessoren und mehrfach bewegliche Körper, aber nur selten sind sie mit einer gleichmäßig verteilten Wahrnehmungsfunktion ausgestattet, da solche Sensoren erst seit kurzem verfügbar und noch wenig erforscht sind. Der fehlende Tastsinn hält Roboter davon ab, eine dem Menschen vergleichbare Fingerfertigkeit zu entwickeln. Darüber hinaus sind moderne Mensch-Maschinen-Schnittstellen sehr auf die visuelle und auditive Darstellung fokussiert und vernachlässigen die Wichtigkeit der haptischen Signale.

Dr. Kuchenbeckers Forschungsarbeiten beschäftigen sich mit der Wahrnehmung, dem Verstehen und der Darstellung von taktilen Informationen bei Robotern, ferngesteuerten Systemen und innovativen Schnittstellen. In ihrer Arbeit kombiniert sie Inspirationen aus den Neurowissenschaften mit Kenntnissen aus den Bereichen Materialwissenschaft, Maschinelles Lernen und Robotik, um die zugrundeliegenden Prinzipien der haptischen Wahrnehmung aufzudecken.

Während ihrer Zeit als Professorin an der University of Pennsylvania, entwickelte Kuchenbecker gemeinsam mit ihren Studenten eine Methode, um roboter-assistierte Chirurgiesysteme, wie das „da Vinci Operationssystem“ der Firma Intuitive Surgical, mit einer haptischen Rückmeldung auszustatten. 

Das da Vinci Operationssystem wird derzeit (ohne haptisches Feedback) an zahlreichen deutschen Kliniken verwendet, wie z.B. auch am Katharinenhospital in Stuttgart. Es ermöglicht dem Operateur eine Vielzahl von anspruchsvollen Operationen minimal-invasiv durchzuführen.
Verglichen mit der klassischen Operationsmethode, bringt der minimal-invasive Eingriff kürzere Heilungszeiten, weniger Schmerzen und ein geringeres Risiko für Infektionen mit sich. 
Ihre derzeit noch laufende Forschungskooperation mit Kliniken zeigt, dass der Operateur aufgrund der zusätzlichen haptischen Rückmeldung mittels Vibration ein verbessertes Bewusstsein für die Instrumente und deren Kontakte entwickelt und dies zu einem schnelleren Erlernen des Teleoperationsverfahrens führt.

Kuchenbeckers Arbeiten ergänzen die Forschungsschwerpunkte des Max-Planck-Institutes für Intelligente Systeme und schaffen eine zusätzlich Brücke zwischen der Grundlagenforschung, die am Stuttgarter Standort im Bereich Intelligente Materialen und Bio-, Micro- und Nano-Systeme durchgeführt wird und den Schwerpunkten der Abteilungen in Tübingen, die sich mit den Bereichen Wahrnehmung, Maschinelles Lernen und Robotik beschäftigen.
“Der ausgeprägte interdisziplinäre Ansatz ist es, der das Max-Planck-Institut von anderen Forschungseinrichtungen grundsätzlich unterscheidet. Es ist für mich sehr wichtig, die Kontakte zu anderen Bereichen zu pflegen, da innerhalb der von mir erforschten Themen mehrere Ansätze und Disziplinen zusammengeführt werden – und das gefällt mir an der wissenschaftlichen Arbeit am meisten“, sagt Frau Dr. Kuchenbecker.

Ihre Forschungsaktivitäten möchte Frau Kuchenbecker vielfältig weiterentwickeln und vorantreiben und sieht hierbei große Potentiale in der Zusammenarbeit mit den vorhandenen Forschungsgruppen am Institut und der hervorragenden technischen Ausstattung des Institutes.
Dr. Kuchenbecker erwartet sich aufgrund der interdisziplinären Ausrichtung und der alleinigen Konzentration auf die Forschung neue Impulse für bisher unerschlossene und faszinierende Forschungsrichtungen. Ihr Team befindet sich momentan im Aufbau und es werden derzeit Doktoranden und Post-Doc Mitarbeiter aus der ganzen Welt eingestellt.
Dr. Kuchenbecker ist von ihrem Umzug nach Deutschland begeistert: „In meinen Augen ist die Arbeit als Max-Planck Direktorin die perfekte Kombination von wissenschaftlich-kreativen Aufgaben mit der Anleitung von Nachwuchsforschern. Ich bin wirklich dankbar und freue mich, hier zu sein!“

Für Dr. Metin Sitti, den geschäftsführenden Direktor des Max-Planck-Institutes für Intelligente Systeme, stellt die Berufung von Katherine J. Kuchenbecker einen wichtigen Schritt dar, das Profil des Institutes weiter zu stärken: „Das äußerst spannende und hoch-interdisziplinäre Forschungsprogramm von Frau Dr. Kuchenbecker im Bereich Haptik und Mensch-Maschinenschnittstellen wird unser Institut maßgeblich stärken und unsere aktuellen Forschungsaktivitäten auf großartige Weise ergänzen.“

Katherine J. Kuchenbecker promovierte im Jahr 2006 an der Fakultät für Maschinenbau der Stanford University in Kalifornien, USA. Nach ihrer Post-Doc Zeit an der Johns Hopkins University in Baltimore, USA, nahm sie eine Juniorprofessur am Institut für Maschinenbau und Angewandte Mechanik an der Universität Pennsylvania in Philadelphia, USA, an. Im Jahr 2013 wurde sie dort zur Dozentin ernannt und begann zusätzlich am Institut für Informatik und Computerwissenschaften der Universität Pennsylvania tätig zu sein. Als Direktorin und Wissenschaftliches Mitglied startete sie im Juli 2016 im Nebenamt am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart, und seit Januar 2017 im Hauptamt.