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Universal Robots A/S

FAULHABER SA

Humanoide Roboter

Diese Entwicklung führt direkt zu humanoiden Robotern. Die Geschichte humanoider Roboter reicht allerdings weit in die Vergangenheit zurück und spiegelt den uralten menschlichen Traum wider, künstliche Wesen zu erschaffen, die dem Menschen in Aussehen und Verhalten ähneln. Die ersten konzeptionellen Grundlagen entstanden bereits im 12. Jahrhundert durch den arabischen Ingenieur al-Dschazarī, dessen humanoide und programmierbare Automaten als die frühesten Beispiele echter Robotik gelten und möglicherweise sogar Leonardo da Vinci inspiriert haben. Da Vincis berühmter Ritterroboter um 1495-1500 stellt den ersten geschichtlich belegten Entwurf eines humanoiden Roboters dar, der komplexe Bewegungen ausführen konnte. Der Übergang von mechanischen Automaten zu echten Robotern vollzog sich langsam über die Jahrhunderte. Der Trompeterroboter aus dem Jahr 1810 von Friedrich Kaufmann aus Dresden gilt als der erste reale humanoide Roboter, der tatsächlich funktionierte. Den entscheidenden Durchbruch erzielte 1939 Westinghouse mit Elektro, dem ersten modernen humanoiden Roboter, der auf der New Yorker Weltausstellung vorgestellt wurde und bereits sprechen und sich bewegen konnte.

Die rasante Entwicklung humanoider Roboter in den letzten Jahren wird durch mehrere technologische Entwicklungen angetrieben. Künstliche Intelligenz und Machine Learning stehen im Zentrum dieser Revolution. Moderne KI-Plattformen ermöglichen es, mehrere Roboter parallel zu trainieren und komplexe Deep-Learning-Modelle zu skalieren. Diese Technologien verkürzen Entwicklungszyklen von Wochen auf Minuten und ermöglichen es Robotern, menschliche Bewegungen durch Teleoperation und KI-gestützte Verbesserungen zu erlernen, ohne umfangreiche reale Demonstrationsdaten zu benötigen. Computer Vision und fortschrittliche Sensorik haben die Wahrnehmungsfähigkeiten humanoider Roboter revolutioniert. Moderne Systeme kombinieren hochauflösende Kameras, LiDAR-Sensoren, Kraft- und Berührungssensoren sowie Inertial Measurement Units (IMU) zu multimodalen Wahrnehmungssystemen. Diese ermöglichen präzises Greifen, dynamische Bewegungen und die Anpassung an unstrukturierte Umgebungen. Wesentlicher Entwicklungsbeschleuniger ist die Miniaturisierung und Effizienzsteigerungen von Hardware-Komponenten.

Die praktischen Einsatzgebiete humanoider Roboter konzentrieren sich derzeit primär auf industrielle Anwendungen, wo ihre menschenähnliche Form den nahtlosen Einsatz in für Menschen konzipierten Arbeitsumgebungen ohne kostspielige Umbauten ermöglicht. Wobei vor allem die Automobilindustrie als Vorreiter gilt. Experten erwarten bis 2033 ein grosses, exponentielles Wachstum für humanoide Roboter, getrieben durch KI-Fortschritte, IT/OT-Integration und sinkende Produktionskosten. Unternehmen wie Neura Robotics aus Metzingen nutzen bereits Nvidia's Entwicklungsplattformen und planen die Produktion von bis zu 5 Millionen Einheiten bis 2030.

Trotz aller technologischen Fortschritte bleiben Herausforderungen wie Wirtschaftlichkeit und Skalierbarkeit humanoider Roboter bestehen. Noch sind viele Entwicklungen nicht ausgereift, Herausforderungen liegen in der Sicherheit bei der Mensch-Roboter-Interaktion. Die grösste technische Hürde liegt im Bipedismus und der dynamischen Balance. Zweibeiniges Gehen erfordert die Rechenleistung eines Supercomputers, da kontinuierlich komplexe Gleichgewichtsberechnungen durchgeführt werden müssen. Während nicht-humanoide Roboter mit Rädern effizienter, schneller und tragfähiger sind, kämpfen humanoide Systeme mit grundlegenden Stabilitätsproblemen auf unebenen oder für Räder optimierten Böden. Auch die präzise Feinmotorik bleibt eine bisher ungelöste Herausforderung.

Vierbeinige Roboter: Quadrupeds

Vierbeinige Roboter, auch Quadruped-Roboter genannt, wurden entwickelt, um Mobilität im Gelände zu gewährleisten. Sie nutzen biomechanische Prinzipien von vierbeinigen Säugetieren, um verschiedene Gangarten wie Schritt, Trab, Galopp und Sprung auszuführen. Die Kontrolle erfolgt durch inverse Kinematik der Gliedmassen und des Rückgrats zur präzisen Koordination aller Körperteile. Ein entscheidender Fortschritt ist die Integration aktiver Torso-Strukturen basierend auf parallelen Mechanismen. Vierbeinige Roboter bieten deutliche Vorteile bei der Geländegängigkeit im Vergleich zu rad- oder gleiskettenbasierten Systemen. Da sie nur kleine einzelne Aufstandsflächen benötigen, können sie unwegsamere Geländeabschnitte durchqueren und mit starken Gefällen zurechtkommen, wo Räder oder Ketten versagen würden. Sie können über Hindernisse bis etwa zur Beingrösse steigen, Treppen bewältigen und enge Durchbrüche durchqueren - Fähigkeiten, die bei Radrobotern eine mindestens doppelt so hohe Radgrösse wie das Hindernis erfordern würden. Führender Hersteller aus der Schweiz ist Anybotics, die sich mit dem Anymal auf robuste Quadrupeds für industrielle Inspektionen in Chemie-, Pharma- und Energieanlagen spezialisiert haben. Das System erkennt Lecks, überwacht Anlagen kontinuierlich und kann analoge Anzeigen ablesen - Fähigkeiten, die es für die Prozessindustrie besonders wertvoll machen.

Zukunft der Industrierobotik

Die Zukunft der industriellen Robotik liegt in der Konvergenz verschiedener Technologien: wie der Integration von KI in alle Robotertypen, der Kombination mobiler Plattformen mit Manipulatoren, der Schwarmrobotik für koordinierte Aktionen oder auch im Edge Computing für Echtzeitverarbeitung. Allgemein wird die Robotik der Zukunft geprägt sein von Intelligenz, Flexibilität und nahtloser Integration in digitale Produktionsökosysteme. Unternehmen, die diese Entwicklung frühzeitig aufgreifen und strategisch nutzen, werden entscheidende Wettbewerbsvorteile erlangen.

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