[MPI-IS] – Christoph Keplinger wurde von der Max-Planck-Gesellschaft zum Direktor am Stuttgarter Standort des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme (MPI-IS) ernannt. Er leitet fortan die Abteilung „Robotik-Materialien“. Seine Forschung konzentriert sich auf Soft-Robotik, Funktionspolymere und auf Energiegewinnung – drei miteinander verbundene Schwerpunkte, die für die Erforschung neuartiger Robotik-Materialien maßgeblich sind, da sie die Bauelemente liefern für die intelligenten Systeme der Zukunft.
Keplinger kommt von der University of Colorado Boulder in den USA, wo er Assistenzprofessor für Maschinenbau war, ein Fellow des Programms für Materialwissenschaften und Ingenieurwesen, und eine Stiftungsprofessur innehatte als Mollenkopf-Faculty Fellow. Seinen Doktortitel (Dr. techn.) in Physik erwarb er an der Johannes Kepler Universität Linz in Österreich, als Postdoktorand forschte er an der Harvard University in den USA. Außerhalb des akademischen Bereichs war er 2018 Mitgründer des Start-ups Artimus Robotics, dessen Chief Scientist er ist.
Parallel zu seinem Angebot, Direktor am MPI-IS zu werden, wurde Keplinger auch für eine Alexander von Humboldt-Professur an der TU Dresden im Jahr 2021 ausgewählt. Während des Verhandlungsprozesses lehnte er diese prestigeträchtige Ernennung ab, um sich vollständig auf seine Aktivitäten am MPI-IS konzentrieren zu können.
„Ich fühle mich geehrt, dass die Max-Planck-Gesellschaft ihr Vertrauen in mich setzt“, sagt Christoph Keplinger. „Ich bin begeistert von der Aussicht auf echte akademische Freiheit, auf neugier-getriebene Forschung, und bin dankbar für die großzügige, langfristige Finanzierung, die mit der Ernennung zum Direktor einhergeht. Für mich ist es der größte Schritt in meiner Karriere, eine einmalige Möglichkeit, viele spannende wissenschaftliche Themen anzugehen mit einem Maß an kreativem Output, wie er anderswo so nicht möglich wäre. Hier kann ich eine große, weltweit führende Forschungsgruppe auf dem Gebiet der Robotik-Materialien aufbauen, die materialwissenschaftliche Fragen der Robotik mit Hilfe von Konzepten der Physik und Chemie beantwortet, wofür es viele Möglichkeiten zur Zusammenarbeit mit anderen Gruppen auf dem Stuttgarter Campus gibt. Zugleich kann ich an neuartigen Designs von Robotern arbeiten, die auf intelligenten Werkstoffsystemen basieren und auf den rasch wachsenden Werkzeugkasten im Bereichen Lernen und Wahrnehmung zurückgreifen, der auf dem Tübinger Campus entwickelt wird. Auf diese Weise können mein Team und ich nicht nur neue Materialien erfinden, sondern diese auch auf komplexen Robotersystemen erproben, die die neuesten Entdeckungen des Maschinellen Lernens nutzen und so ein hochmodernes Forschungsökosystem schaffen, das den Stand des Wissens rasch voranbringen wird.“
„Ich bin mehr als glücklich darüber, Christoph Keplinger als neuen Direktor an unserem Institut begrüßen zu dürfen“, sagt Katherine J. Kuchenbecker, die die Abteilung für Haptische Intelligenz leitet und derzeit geschäftsführende Direktorin des MPI-IS ist. „Christoph hat seine erste Fakultätsstelle erst vor fünf Jahren angetreten, zeigt aber eine bemerkenswerte Reife als Wissenschaftler, als Mentor und als Führungskraft. Ich kann es kaum abwarten, die grundlegenden Erkenntnisse und klugen Innovationen zu sehen, die er und sein Team in den kommenden Jahrzehnten hier in Stuttgart erschaffen werden.“
„Christoph Keplinger ist ein bemerkenswert kreativer und vielseitiger Wissenschaftler und eine ausgewiesene Führungspersönlichkeit auf dem Gebiet neuartiger Robotik-Materialien“, sagt Metin Sitti, der die Abteilung für Physische Intelligenz am MPI-IS leitet. „Er hat schon zu Beginn seiner jungen Karriere internationale Anerkennung und einen Ruf für wissenschaftliche Exzellenz erlangt, mit mehreren äußerst einflussreichen Publikationen zu Schlüsselthemen der Robotik und Materialwissenschaft, die für die Zukunft intelligenter Systeme entscheidend sind.“
Die Grenzen verschieben, wie Roboter gebaut werden
Roboter werden meist aus festen Bauteilen konstruiert, angetrieben durch Elektromotoren aus Metall, was sie schwer macht, beim Einsatz mit Menschen riskant, teuer und oft ungeeignet für unwägbares Terrain. Im Gegensatz dazu macht die Natur ausgiebig Gebrauch von weichen Materialien wie Muskeln und Haut. In der Natur gibt es zahlreiche Organismen, die Roboter in Bezug auf Beweglichkeit, Geschicklichkeit und Anpassungsfähigkeit drastisch übertreffen. Christoph Keplingers Forschung zielt darauf ab, die derzeitigen Grenzen der Hardware, die beim Bau von Robotern zum Einsatz kommt, grundlegend zu verschieben. Er verfolgt einen interdisziplinären Ansatz, der Erkenntnisse aus der Chemie und Physik der weichen Materie mit fortschrittlichen Ingenieurtechniken verbindet, um so Robotik-Materialien zu entwickeln, die nicht nur die Schaffung intelligenter Maschinen ermöglichen, sondern auch die erstaunlichen Fähigkeiten natürlicher Organismen nachahmen.
- Bezüglich Keplingers erstem Forschungsschwerpunkt, der Soft-Robotik, ist ein zentrales Forschungsthema die Entwicklung neuer Antriebssysteme, oder Aktuatoren – eine Schlüsselkomponente aller Robotersysteme –, die Muskeln ähneln. Muskeln sind ein Meisterwerk der Evolution: sie glänzen mit einer ausgesprochen breiten und ausgewogenen Palette an Leistungsmerkmalen, können nach einer Verletzung heilen und arbeiten auf intelligente Weise mit Sinnesorganen zusammen. Die Anwendungsbereiche der Soft-Robotik reichen von der Automation industrieller Prozesse über medizinische Robotik (Stichwort Exoskelette) bis hin zu neuartigen Mensch-Maschine-Schnittstellen.
- Ein zweites Forschungsthema sind Funktionspolymere mit außergewöhnlichen Eigenschaften: Sie können Strom leiten und sind gleichzeitig dehnbar, transparent, biologisch abbaubar und können sich nach einer Beschädigung selbst heilen – alles Schlüsselmerkmale zukünftiger biologisch-inspirierter Robotersysteme.
- Ein dritter Schwerpunkt ist die Erforschung neuer Prinzipien der Energiegewinnung, die es ermöglichen, intelligente autonome Systeme mit Strom zu versorgen und – in größerem
Maßstab betrachtet – nachhaltige Lösungen für die Nutzung von Abwärme aus industriellen Prozessen zu entwickeln oder ungenutzte erneuerbare Energiequellen wie Meereswellen erschließbar zu machen.
„Mit Blick auf meine zukünftige Karriere hier in Stuttgart ist es mein langfristiges Ziel, die Grenzen dahingehend zu verschieben, wie komplexe intelligente Maschinen gebaut werden, die mit den Fähigkeiten der in der Natur vorkommenden Organismen konkurrieren oder sie sogar übertreffen. Ich persönlich schöpfe eine Menge Energie und Kraft aus der Vorstellung der zahlreichen praktischen Anwendungen, die von dem in meinem Labor generierten Wissen inspirieren sein werden. Meine Forschung wird sich auf mehrere Bereiche, die direkt mit der Lebensqualität der Menschen zusammenhängen, auswirken, darunter z.B. das Altern. Tragbare oder mit dem Körper verbundene Soft-Robotik Bauteile werden es älteren Menschen ermöglichen, länger mobil und selbständig zu bleiben. Und auch einige Anwendungen in der medizinischen Robotik sind meine Vision. Unsere Forschung wird es auch ermöglichen, Aufgaben im Haushalt zu automatisieren sowie Haushaltsroboter auf der Grundlage kostengünstiger und anpassungsfähiger Robotik-Materialien zu entwickeln. Ein weiterer wichtiger Aspekt, an dem wir arbeiten werden, ist die Entwicklung intelligenter Materialsysteme, um Energie zu gewinnen. Neue Prinzipien der Energiegewinnung werden bisher ungenutzte Quellen erneuerbarer Energie wirtschaftlich tragfähig machen.“
„Ich erwähne die aufregenden praktischen Anwendungen, die durch meine Forschung ermöglicht werden, denn ich bin mir der Verantwortung voll bewusst, die mit der Verfügung über eine große Menge öffentlicher Mittel verbunden ist. Als Direktor werde ich kontinuierlich danach streben, der Gesellschaft etwas zurückzugeben, indem ich Wissen schaffe, Wohlstand durch Innovationen und die Gründung von Start-up-Unternehmen voranbringe, die nächste Generation aufstrebender Wissenschaftler inspiriere und betreue und die Öffentlichkeit an unserem wissenschaftlichen Fortschritt teilhaben lasse. Ich hoffe, dass viele junge Menschen mit diversen Hintergründen mein Team und mich auf dieser spannenden Reise begleiten und durch die Entwicklung neuer, von der Natur inspirierter Konzepte die Zukunft der Robotik mitgestalten werden.“
Das Forschungs-Umfeld
Mit dem Schwerpunkt auf Robotik-Materialien ergänzt und erweitert Christoph Keplinger das Forschungsspektrum des MPI-IS perfekt. Mit Standorten in Tübingen und Stuttgart verbindet das MPI-IS interdisziplinäre Spitzenforschung im wachsenden Forschungsgebiet der intelligenten Systeme unter einem Dach. Der Stuttgarter Standort konzentriert sich insbesondere auf die Erforschung physikalisch intelligenter Systeme wie Mensch, Roboter und Tier. Die Abteilung für Haptische Intelligenz unter Leitung von Katherine J. Kuchenbecker beschäftigt sich mit der Interaktion von Roboter und Menschen über den Tastsinn. Die Abteilung für Physische Intelligenz unter der Leitung von Metin Sitti hat zum Ziel, die Prinzipien von Design, Fortbewegung, Wahrnehmung, Lernen und Steuerung von kleinen mobilen Robotern aus intelligenten und weichen Materialien zu verstehen. Die beiden Abteilungen werden durch Forschungsgruppen ergänzt, die sich auf die Biomechanik und Neurokontrolle von Laufrobotern, die Wechselwirkung optischer, elektrischer und magnetischer Felder mit Materie auf kleinen Längenskalen sowie auf die Forschung an der Schnittstelle von Biologie und Robotik konzentrieren und die morphologischen Anpassungen natürlicher Systeme zur Erzielung einer robusten Fortbewegung erforschen.
Die Region Stuttgart ist für Christoph Keplinger ein idealer Ort, um seine Karriere voranzutreiben. Mehrere Forschungszentren der Universität Stuttgart und die beiden Fraunhofer-Institute IPA und IAO befinden sich in unmittelbarer Nähe zum Stuttgarter Standort des MPI-IS. Die akademischen Einrichtungen sind von mehreren der weltweit führenden Industrieunternehmen umgeben und bilden Europas größtes Ökosystem im Bereich der künstlichen Intelligenz (KI): Cyber Valley, gegründet 2016, mit Partnern aus Politik, Wissenschaft, Wirtschaft und Gesellschaft. Die Partnerschaft stärkt die Forschung und Lehre in den Bereichen Maschinelles Lernen, Computer Vision und Robotik sowie die Verbindungen zwischen diesen Bereichen.
„Ja, das ist eine Sache, zu deren Stärkung ich beitragen möchte: die Bemühungen von Cyber Valley im Bereich der Robotik. Es gibt bereits einen starken Fokus auf Informatik und KI, den Bereich Materialien und Robotik möchte ich maßgeblich erweitern und stärken. Ich werde mich kontinuierlich bemühen, die enge Verzahnung der Grundlagenforschung und die Entwicklung neuer Anwendungen voranzubringen“, sagt Keplinger.
