Digitale Technologien in der Lehre

Der Umgang mit Robotern will gelernt sein – besonders für angehende Fach- und Führungskräfte in der Industrie. Ein Robotiklabor einzurichten, kostet aber nicht nur viel Geld, sondern beansprucht auch enorm viel Platz. Mithilfe moderner Technologien lässt sich dieser Aufwand jedoch erheblich reduzieren.

MR-Robotiklabor für Simulation und Tests

Hier setzt die Plattform „MR Robotics Lab“ an, die Dr. Santiago Berrezueta, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Software Engineering von Prof. Stefan Wagner am TUM Campus Heilbronn, gemeinsam mit den Studierenden Habiba Khalil und Andrei Koshelev entwickelt hat. Bei dem vom TUM Incentive Fund 2025 geförderten können Roboter, die mit MATLAB (einer Softwareumgebung und Programmiersprache für mathematische Berechnungen, Datenanalyse und technische Simulationen) und ROS (einer Open-Source-Middleware und einem Software-Framework für die Robotikentwicklung) programmiert wurden, in der Mixed-Reality-Umgebung (MR) mit einem vereinfachten Arbeitsablauf simuliert und getestet werden. „Es gibt normalerweise keine Möglichkeit, die Roboter in der Realität zu sehen, außer man kauft sie. MR Robotics Lab bietet daher eine Plattform, auf der die virtuellen Roboter mithilfe von Apple Vision Pro oder Meta Quest in einer realen Umgebung dargestellt werden können“, erklärt das Team.

Auf der Plattform, die bisher allen Interessierten offensteht, kann zwischen zwölf Robotertypen des deutschen Herstellers KUKA ausgewählt werden, die in der Realität etwa bei Audi, Bosch oder Mercedes zum Einsatz kommen Die MR-Anwendung integriert virtuelle Elemente in die physische Umgebung und ermöglicht ihnen so, mit dieser zu interagieren. So kann der virtuelle Roboter beispielsweise auf einen Tisch gestellt und sein Programm per Knopfdruck gestartet werden. „Sobald wir den Roboter installiert haben, können wir jedes für ihn entwickelte Programm ausführen. Der Roboter ist dann in der Lage, Objekte zu bewegen oder einen Aktuator zu betätigen, genau wie in der realen Welt“, erklärt Berrezueta. Das Team stellt klar, dass Nutzer auch eine aus mehreren Robotern bestehende Produktionslinie einrichten und testen können, wobei Kollisionen mit den physischen Objekten vom Headset erkannt werden.

20 Studierende haben die Plattform bereits getestet: „Sie sind alle begeistert. Auf diese Weise lernen sie, die Roboter zu bedienen, bevor sie in die Industrie gehen und dort mit echten Robotern arbeiten.“ Gegenüber einem realen Robotiklabor bietet die virtuelle Umgebung weitere Vorteile: Es gibt so gut wie kein Unfallrisiko. Dadurch entfallen auch aufwendige Sicherheitsvorkehrungen für den Betrieb physischer Roboter. Zudem ist kein Personal zur Aufsicht erforderlich.

Virtuelles Lernen mit TUMSphere

Ein weiteres Projekt von Berrezuetas Team entführt die Nutzer in eine völlig andere Welt: Im Metaversum erscheint eine dreidimensionale Darstellung des sogenannten D-Baus auf dem TUM-Campus Heilbronn. Mithilfe von Steuerelementen können sich die Nutzer durch das Campusgebäude bewegen, als wären sie tatsächlich vor Ort. „Im Rahmen des TUMSphere-Projekts haben wir den Bildungscampus Heilbronn – genauer gesagt den D-Bau – mithilfe von Virtual Reality ins Metaversum übertragen. Die Nutzer absolvieren eine Reihe von Aufgaben, die aus Einführungskursen stammen, sowie Minispiele, die der Unterhaltung dienen. Dialogbasierte KI und vorprogrammierte Agenten führen die Spieler durch alle Übungen und Minispiele. Außerdem helfen sie ihnen dabei, sich im Gebäude zurechtzufinden und Orte wie Hörsäle, das Servicezentrum und die Flure des Gebäudes zu finden“, erklärt das Team.

TUMSphere wurde im Jahr 2025 vor allem von Bachelor-Studierenden am TUM-Campus Heilbronn entwickelt und steht nun für weitere Tests und die Umsetzung zur Verfügung. Berrezueta und sein Team nahmen mit dem Tool an der IEEE Metaverse Challenge 2025 teil, einem internationalen Wettbewerb für VR-Projekte, und erreichten die Endrunde.

„Ziele unseres Projekts sind immersives Lernen, die Integration des Metaversums, kollaboratives Lernen, Bildungsforschung, Identitätsbildung und wissenschaftliches Schreiben. Es steckt also eine Menge Forschung dahinter, und es wurden bereits einige Abschlussarbeiten dazu eingereicht.“ In einer der Arbeiten entwickelten Studierende eine an die technischen Möglichkeiten der VR-Umgebung angepasste Form der Gebärdensprache: Da einzelne Fingerbewegungen im virtuellen Raum nicht erfasst werden können, erfolgt die Kommunikation mithilfe von Tasteneingaben und Bewegungen der Controller.