Die Clients in menschenähnlicher Gestalt IFR publiziert „Vision und Realität humanoider Roboter“

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Humanoide Roboter gelten als das nächste große Ding in der Robotik: China, der weltweit größte Markt für Industrieroboter, hat sich konkrete Ziele für seine Pläne zur Massenproduktion von Humanoiden gesetzt. Die Vision ist die Entwicklung von Allzweckrobotern, die auf der menschlichen Bewegungsmechanik basieren.

Durch die Medienlandschaft geistern menschenähnliche Roboter schon lange, als Freund und Feind in Science Fiction und zum Zweck der Bebilderung von Artikeln und Büchern. In der Zwischenzeit aber kündigen Technologie-Unternehmen in den USA und Europa umfangreiche Finanzmittel an. Was sind die Trends, Möglichkeiten und potenziellen Grenzen von Humanoiden? Die International Federation of Robotics (IFR) hat nun ein neues Positionspapier dazu veröffentlicht.

Auch IFR-Präsident Takayuki Ito weist auf den Unterschied von Fiktion und Wirklichkeit hin: Futuristische Humanoide, die in Wohnungen, Unternehmen und öffentlichen Räumen arbeiten, weckten jeher das Interesse der Menschen. „Da unsere Umwelt für den menschlichen Körper optimiert ist, liegt die Nachfrage nach einem schnellen, universellen Helfer für die Aufrechterhaltung von Produktion und Dienstleistungen auf der Hand. Ob und wann es zu einer Massenanwendung von Humanoiden kommen wird, bleibt ungewiss.“

In keinem Fall jedoch sei zu erwarten, dass Humanoide die derzeit auf dem Markt befindlichen Robotertypen ersetzen werden. Vielmehr würden sie die bestehende Technologie ergänzen und erweitern.

Einführung von Humanoiden nach Region

In den Vereinigten Staaten entwickeln wie Nvidia, Amazon und Tesla intensiv KI- und Robotiktechnologien. Neben der Finanzierung durch das Militär wird diese Entwicklung auch durch zahlreiche private Investitionen unterstützt, was zu einer großen Anzahl von Start-ups führt, die humanoide Roboter entwickeln.

Es besteht ein starkes Interesse am Einsatz von Humanoiden in der Logistik und Fertigung. Diese Maschinen werden eher als Werkzeuge zur Steigerung von Produktivität und Effizienz denn als soziale Begleiter gesehen. Der Schwerpunkt liegt eher auf praktischen Anwendungen und weniger auf der Integration von Robotern in das tägliche gesellschaftliche Leben.

China hat Humanoide in den Mittelpunkt seiner nationalen Strategie gestellt. Die Regierung möchte ihre Kompetenz und globale Wettbewerbsfähigkeit in diesem Technologiebereich unter Beweis stellen. Der Schwerpunkt liegt auf dem Einsatz von Humanoiden im Dienstleistungssektor, zum Beispiel bei der Kundenbetreuung.

Der Einsatz in der Fertigung zur Automatisierung von Produktionslinien und zur Verringerung der Abhängigkeit von menschlichen Arbeitskräften scheint nur ein zweiter Schritt zu sein. Ein Schlüsselelement der chinesischen Strategie ist der Aufbau einer skalierbaren Lieferkette für Schlüsselkomponenten.

Japan ist ein Vorreiter bei der Entwicklung humanoider Roboter. Asimo, ein von Honda entwickelter humanoider Roboter, wurde im Oktober 2000 vorgestellt und war bis 2022 aktiv, ist ein frühes Beispiel. Roboter werden eher als Gefährten denn als bloße Werkzeuge betrachtet.

Humanoide Roboter wie „Pepper“ von Softbank Robotics und „Palro“ der gleichnamigen Firma sind in erster Linie als Sozialroboter konzipiert und werden in Bildungseinrichtungen, Geschäften und Altenpflegeeinrichtungen eingesetzt. Dies spiegelt die Bedürfnisse der alternden Gesellschaft Japans wider.

Der Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung von Robotern, die harmonisch mit Menschen zusammenleben können und als Teil der Gesellschaft akzeptiert werden. Führende Unternehmen wie Kawasaki entwickeln humanoide Roboter als Forschungsplattform.

In Europa legt man großen Wert auf die ethischen Implikationen von Robotik und KI. Hier liegt der Schwerpunkt auf Robotern, die in der Industrie mit Menschen zusammenarbeiten zur Verbesserung von Sicherheit, Effizienz und menschlichen Fähigkeiten, nicht auf dem Ersatz menschlicher Arbeitskräfte.

Der Schwerpunkt liegt auf einem auf den Menschen ausgerichteten Design und den sozialen und gesellschaftlichen Auswirkungen von Robotern. Die europäischen Unternehmen stehen dem Einsatz von Humanoiden zur Deckung von kurz- bis mittelfristigem Automatisierungsbedarf im Fertigungs- und Dienstleistungssektor eher zurückhaltend gegenüber.

Tätigkeiten für Humanoide

Die wichtigsten Kunden für humanoide Roboter finden sich etwa in der Automobilbranche. Einige Unternehmen testen in kommerzielle Pilotprojekte deren Einsatzfähigkeit. Die menschenähnlichen Prototypen werden für das Kitting, Zusammenstellen Komponenten für die Montage, für die Bedienung von Maschinen und die Überwachung von Produktionsprozessen ausprobiert.

Eng damit verbunden sind auch Logistik und Lagerhaltung. Das Design von humanoiden Robotern bedeutet, dass sie sich in Fabrikhallen und Lagerhäuser eingesetzt werden, die ursprünglich für menschliche Arbeiter gebaut wurden. Dies könnte insbesondere die Automatisierung von Industriebetrieben in Lagern unterstützen. Das bestätigen sowohl Start-ups als auch etablierte Robotikunternehmen.

Künftige Anwendungen reichen von der Arbeit in komplexen Maschinenlayouts in Fabriken bis hin zu engen Lagerkorridoren. Die Maschinen in mehr oder weniger menschenähnlicher Gestalt werden Menschen entlasten indem sie einfache Montageaufgaben übernehmen, manuelle Qualitätsprüfungen und den Umgang mit gefährlichen Umgang mit gefährlichen Materialien übernehmen oder auch die Arbeit in Sanitärbereichen.

Auch Einzelhandel und Gastgewerbe beginnen, mit humanoiden Robotern als interaktive Service-Agenten zu experimentieren. Ihre Konversationsfähigkeiten und ihr menschenähnliches Aussehen sollen die Lücke zwischen maschineller Effizienz und der Wärme menschlicher Interaktion zu überbrücken.

In ersten Versuchen verwalten Roboter in Geschäften die Bestände, erledigen Zahlungen und stellen Produktinformation bereit. Im Gastgewerbe sollen sie Aufgaben übernehmen wie die Begrüßung und Orientierung von Gästen, die Unterstützung des Concierge, Zimmerservice.

Im Gesundheitswesen sollen humanoide Roboter überlastetes medizinisches Personal zu unterstützen indem sie Routinen übernehmen: Transport von Geräten, Unterstützung im Labor und sogar die Grundversorgung von Patienten. Bereits mehrere Krankenhäuser in Europa und Asien testen Einheiten, die physikalische Therapieübungen begleiten und die Vitalparameter überwachen können. Das soll insbesondere das Risiko von Verletzungen des Pflegepersonals und die Belastung der alternden Belegschaft zu verringern.

Humanoide Roboter sollen auch im Haushalt helfen. Experten sehen sie Aufgaben übernehmen wie Staubsaugen, Staub- und Bodenwischen oder andere häusliche Routinen wie Aufräumen. Das Stategiepapier geht davon aus, dass das alles nicht über Nacht geschieht, sondern eher innerhalb der kommenden 20 bis 30 Jahre.

Unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten begrenzen die hohen Kosten von Materialien und Komponenten sowie die Komplexität des Designs und der Programmierung eine breite Akzeptanz schwierig. „In den nächsten fünf bis zehn Jahren können wir davon ausgehen, dass sie sich in der Industrie Größenvorteile realisieren muss, um ihre Stückkosten erheblich zu senken“, heißt es in der Studie.

Die technische Entwicklung

Das Vertrauen in Roboter hängt im Wesentlichen vom technischen Fortschritt ab. dazu gehört die Verwendung leichterer, haltbarerer Materialien und miniaturisierte Komponenten. Dieses erlaubt die Entwicklung beweglicherer, realistischer humanoider Roboter.

Dazu kommt die Einführung von taktilen und Kraftdrehmomentsensoren. Sie ermöglichen, dass Greifer und Hände präziser sein können und die menschliche Berührung und Geschicklichkeit nachahmen. Dank neuer Entwicklungen im Bereich des dynamischen Gleichgewichts, der Gelenkflexibilität und der Motorsteuerung können Humanoide nun komplexe Bewegungen wie Laufen, Springen und Navigieren in unebenem Gelände ausführen.

Sicherheitsfunktionen wie Kraftrückkopplung und Nachgiebigkeitskontrolle regulieren die Bewegung, um Schäden bei der direkten Interaktion zwischen Mensch und Roboter zu vermeiden. Verbesserte Slam-Technologien, (Simultane Lokalisierung und Kartierung, die von Robotern genutzt, um Karten in unbekannten Umgebungen zu erstellen und gleichzeitig die eigene Position innerhalb dieser Karte zu verfolgen) und Lidar-Systeme (Light Detection and Ranging) sowie Kameras und Sichtsysteme ermöglichen es den Humanoiden, sich in komplexen Umgebungen selbstständig zu bewegen, was ihren Nutzen in realen Anwendungen erhöht.

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Fortgeschrittene KI und Maschinelles Lernen, etwa durch Vision Language Action Models (VLAMs) ermöglichen es Humanoiden, aus Daten zu lernen um sie autonomer zu machen, etwa in der Entscheidungsfindung und bei Anpassung an neue Umgebungen. Der Mangel an Trainingsdaten kann durch virtuelle Lernumgebungen mit mit digitalen Zwillingen in der Simulation ausgeglichen werden. Und „Nachahmung“ ermöglicht es Humanoiden, direkt aus der Beobachtung von Menschen. Fortschritte in der natürlichen Sprachverarbeitung und Emotionserkennung zu machen.

Edge Computing und spezielle Prozessoren die für komplexe Eingaben und KI-Algorithmen geeignet sind, reduzieren die Latenzzeit für kritische Aufgaben und verbessern Reaktionsfähigkeit und Autonomie. Die Integration von Humanoiden mit Cloud Computing ermöglicht sowohl Fernsteuerung als auch die Koordination zwischen mehreren Robotern.

Nicht ganz unwesentlich: Neue Entwicklungen in der Batterietechnologie und im Energie-Management verlängern die Lebensdauer von humanoiden Robotern und machen sie für den langfristigen Einsatz tauglich.

Wie bei jeder anderen Maschine auch, müssen humanoide Roboter sicher sein. Die Internationale Organisation für Normung (ISO) hat einen Ausschuss eingerichtet, der sich mit dieser Frage befasst. Dessen Experten arbeiten an Sicherheitsanforderungen für mobile Industrieroboter mit aktiv kontrollierter Stabilität, einschließlich solcher mit Beinen, Rädern oder anderen Fortbewegungsmitteln.

Die Natur einer aufrechten Konstruktion stellt Herausforderungen, denen sich traditionelle statische oder Robotern auf 4 Rädern. Immerhin müssen Humanoide ständig ihr Gleichgewicht halten. Das einhergehende Risiko bedarf auf der anderen Seite komplexe Wiederherstellungsmechanismen, um Sicherheit zu gewährleisten, auch bei Unvorhersehbarem und bei ausgeschalteter Stromversorgung.

Und in Verbindung mit der Unternehmens-IT?

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