Humanoider Roboter im Versuchsfeld des Fraunhofer IPA. (Quelle: Fraunhofer IPA / Foto: Rainer Bez)
Humanoide Roboter – Status quo, Potenziale und Forschungsfelder (Teil 1 von 3)
Humanoide sind medial omnipräsent, in realen Anwendungen aber noch selten. Das Fraunhofer IPA erprobt Einsatzmöglichkeiten für diese neuen Roboter in Unternehmen und schafft so eine fundierte Wissensgrundlage für Investitionen. Der Fokus liegt auf der Anwendungsentwicklung mithilfe von Künstlicher Intelligenz, Wirtschaftlichkeit und funktionaler Sicherheit.
Im Frühling letzten Jahres war es endlich soweit: Eine große unscheinbare Holzkiste aus China erreichte den Fraunhofer-Campus in der Nobelstraße. Absender war die Firma Unitree Robotics, deren humanoider Roboter G1 nach mehreren Monaten Lieferzeit endlich im Automatisierungsbereich des Fraunhofer IPA angekommen war. Anlässlich seiner Ankunft gab es ein kleines »Unboxing«-Event und tatsächlich saß dann nach nicht einmal fünf Minuten ein kleiner humanoider Roboter zusammengeschraubt und mit leuchtendem »Kopf« im Versuchsfeld.
Dynamische Technologieentwicklung
Schon lange vor der Ankunft des G1 hatte das Institut damit begonnen, sich mit dem Thema humanoide Roboter zu beschäftigen. Denn die Technologie rund um diese Roboterbauart hat in den letzten Jahren massive Fortschritte gemacht und das sowohl Hardware- wie auch Software-seitig. So nimmt es nicht wunder, dass humanoide Roboter in den Medien vielfach vertreten sind. Firmen übertreffen sich mit Versprechungen, wie viele dieser Robotertypen sie wann in Serie produzieren und was diese dann alles können werden. Allein auf der diesjährigen CES in Las Vegas gab es 16 neue Humanoide zu erleben.
Insbesondere China prescht hier seit wenigen Jahren voran. Mehr als 120 Unternehmen fokussieren sich dort auf die Entwicklung Humanoider. Das Land möchte diese vor allem nutzen, um seine Wirtschaftskraft trotz demografischem Wandel zu erhalten. Technologische Fortschritte gehen dort einher mit einer anderen Unternehmenskultur: Schnell iterieren, schnell scheitern, schnell neu beginnen ist die häufige Lösung in China. Dass ein Unternehmen innerhalb von zwei Jahren lauffähige Prototypen vorweisen kann, ist keine Seltenheit. Die Kombination aus Masse und Geschwindigkeit, mit denen die Entwicklungen vorangetrieben werden, sollte deutsche Unternehmen unbedingt aufhorchen lassen.
Humanoide zwischen Wunsch und Wirklichkeit
Das Interesse an Humanoiden ist groß, auch bei uns. Sie adressieren den Wunsch vieler Menschen, ob im privaten oder beruflichen Kontext, einen wirklich universalen Helfer zu haben, der ähnlich einem Menschen Aufgaben flexibel und eigenständig ausführen kann, ihnen so mehr zeitlichen Freiraum bietet und im unternehmerischen Kontext Herausforderungen wie den demografischen Wandel, den Fachkräftemangel oder auch die globale Wettbewerbssituation adressieren kann. Insbesondere Letzteres wäre für ein Hochlohnland wie Deutschland von höchster Relevanz.
Doch trotz vieler gelungener Videos, PR-Maßnahmen und Live-Demos auf Messen bleibt die Verbreitung humanoider Roboter hinter diesen (teilweise von den Unternehmen selbst geschürten) Erwartungen zurück. Das Fraunhofer IPA bringt an dieser Stelle Licht ins Dunkel und blickt hinter die mediale Kulisse. Das beginnt mit fundierten Marktkenntnissen, die es Unternehmen bereitstellen kann, und endet mit Analysen zur Machbarkeit und Umsetzung funktional sicherer Anwendungen. Doch gehen wir noch einmal einen Schritt zurück, bevor es an die technischen Details geht.
Den Einstieg schaffen
Schon die Anschaffung eines humanoiden Roboters ist in der Praxis nicht so einfach, wie es sicher viele Unternehmen erhoffen. Die Wahl fiel aus praktischen Gründen auf den Unitree G1, da dieser innerhalb einiger Monate lieferbar war und preislich in Vollausstattung mit Roboterhänden und Freiheitsgraden in der Hüfte mit damals knapp 60.000 Euro im Rahmen lag. Mittlerweile ist der Roboter in der Einstiegsvariante deutlich preiswerter zu haben. Mehrere Anfragen des Fraunhofer IPA bei weiteren Herstellern brachten hingegen keinen Ertrag. So war es beispielsweise nicht möglich, lediglich einen Humanoiden zu bestellen, oder er stand nicht für den Verkauf an Forschungseinrichtungen zur Verfügung oder die Lieferzeit war noch unbekannt, um nur ein paar Reaktionen zu nennen.
Hat die Anschaffung geklappt, gilt es, neben den arbeitsrechtlichen und sicherheitstechnischen Herausforderungen auch technische Hürden zu nehmen. Humanoide Roboter verfügen derzeit nicht über die von Cobots gewohnten Sicherheitsfunktionen. Sichere Geschwindigkeiten und Begrenzung von Arbeitsräumen sucht man vergeblich. Hinzu kommt die Gefahr des Umfallens. Nach Gesprächen mit einer Sicherheitsfachkraft wurde dann festgelegt: Der Roboter wird vorerst, wo sinnvoll machbar, hinter einer Reihe Tische betrieben. Aber auch die Frage, welche Informationen die Kameras und Mikrofone des Geräts den Tag über mitschreiben und schlimmstenfalls an den Hersteller senden, wurde mit dem Betriebsrat diskutiert. Spezifische Sicherheitsnormen für humanoide Roboter sind derzeit noch in der Entwicklung. Das Fraunhofer IPA ist an der Entwicklung des Standards im ISO-Gremium TC 299 beteiligt.
Technische Herausforderungen
Zu den technischen Herausforderungen gehören die Verbesserung der Feinfühligkeit, insbesondere ihrer Kernkomponente – der Hände beziehungsweise Greifer –, das Erkennen und Verstehen von komplexen Umgebungen sowie die Interaktion mit Menschen in natürlicher Weise. Außerdem ist auch die Energieversorgung ein entscheidender Punkt, an dem geforscht wird. Derzeit sind Humanoide vor allem in kontrollierten Umgebungen zumindest testweise und häufig noch teleoperiert im Einsatz, während sie in dynamischen, unstrukturierten Szenarien oft scheitern. Die Roboter müssen lernen, mit unvorhersehbaren Objekten und Menschen zu interagieren, was komplexe Algorithmen und Sensorik erfordert. Es bedarf weiterer Entwicklungsarbeit mit konkretem Bezug zu möglichen Anwendungsszenarien, um den »Product-Market-Fit« zu schaffen, also ein Konvergieren des technisch Möglichen mit den Bedarfen der Anwender.
Lesen Sie in den folgenden Teilen des Artikels:
- Wie definiert sich ein humanoider Roboter?
- Wie schätzen mehr als 100 Unternehmen die Potenziale dieser neuen Roboterart ein?
- Welches sind die aktuellen Einsatzhürden und wie können Unternehmen diese adressieren?
- Wie unterstützt das Fraunhofer IPA bei der konkreten Anwendungsentwicklung?
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Unser Beratungs- und Entwicklungsangebot rund um humanoide Roboter können Sie hier einsehen: https://www.ipa.fraunhofer.de/automatisierung
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