Mit dem rasanten Fortschritt in der Robotik und der künstlichen Intelligenz rückt humanoide Robotik immer stärker in den Fokus. In der Industrie hat sie hat das Potenzial, bestehende Grenzen der Automatisierung zu verschieben und dort Lösungen anzubieten, wo traditionelle Systeme an ihre Grenzen stoßen. Mit der Eröffnung des Humanoid Robots Experience Lab am Fraunhofer IOSB-INA in Lemgo bekommt humanoide Robotik für die industrielle Automation ein Zuhause.
Noch ist es eher ein außergewöhnlicher Anblick: Ein Roboter in Menschengestalt hat „seine Hände“ am Hubwagen platziert, auf dem sich zwei Kartons befinden. Drumherum stehen verschiedene Produktionsmaschinen. Der Humanoide hat die Aufgabe, die Ware zu transportieren. Was hier im Reallabor, in der Smartfactory OWL im Fraunhofer IOSB-INA, geschieht, könnte in Zukunft auch den Produktionsalltag in der Industrie prägen. Hier in Lemgo wird seit Jahren an kognitiver Automation geforscht, um Automatisierungskonzepte in die industrielle Praxis zu übertragen und kleinen und mittelständischen Betrieben kostensparende Lösungen anzubieten. Das bedeutet: Neue Technologien werden nicht nur theoretisch betrachtet, sondern in produktionsnahen Umgebungen praktisch erprobt. Von dem gerade eröffneten Humanoid Robots Experience Lab (HREL) erhofft man sich noch einen weiteren Schub für die industrielle Automation. Lemgo ist einer von drei Standorten des Humanoid Robots Experience Lab des Fraunhofer IOSB.
Dr. Klaus Neumann ist Professor für Kollaborative Robotik an der Universität Bielefeld.
(Foto: Universität Bielefeld)
„Wir möchten noch mehr Substanz in die humanoide Robotik bringen. Viele unserer Partner aus der Industrie haben einen großen Bedarf. Sie wollen verstehen, was diese Technologie bedeutet. Ihnen möchten wir eine Plattform bieten, damit sie sich mit dieser Thematik auseinandersetzen, experimentieren und mit uns gemeinsam Erfahrungen auf dem Shopfloor sammeln können“, sagt Dr. Klaus Neumann, Professor für Kollaborative Robotik an der Universität Bielefeld. Seit einigen Jahren besteht eine enge Verbindung zwischen Universität und Fraunhofer IOSB-INA. Neumann selbst und einige Doktoranden sind auch dort tätig. Die langjährige Kooperation zwischen beiden Institutionen ist eine Win-Win-Situation. Und obwohl das neue Lab eine Initiative der Lemgoer ist, profitiert auch die Universität von dieser etablierten Zusammenarbeit.
„Die Roboter müssen in der Lage sein, Situationen einzuordnen, Handlungsoptionen zu planen. Und auch unter Unsicherheit müssen sie sicher und beherrschbar bleiben.“
In der Region beschäftigen sich die Forschenden mit flexibler und lernfähiger Robotik in der industriellen Produktion. Dabei geht es insbesondere um Manipulations- und Handling-Aufgaben in produktionsnahen Umgebungen, bei denen humanoide Roboter ihre Vielseitigkeit, Mobilität sowie ihre menschenähnlichen Interaktions- und Greiffähigkeiten ausspielen können. Ziel ist es, Maschinen zu intelligenten und kollaborativen Partnern zu machen, die sicher und flexibel auf unterschiedliche Anforderungen reagieren können.
Humanoide Robotik erlebt momentan einen regelrechten Hype. Um kein anderes Robotikprodukt hat sich in den vergangenen Jahren eine größere Euphorie entwickelt als um die menschenähnlichen Gesellen. Es ist nicht das erste Mal. In den 2010er Jahren habe es schon einmal so eine Entwicklung gegeben, sagt Professor Klaus Neumann. Im Vergleich zu damals hätten sich jedoch insbesondere drei Dinge geändert: „Heute haben wir günstigere und leichtere Akkutechnologie und wesentlich mehr Rechnerkapazität durch Grafikkarten. Das sind signifikante Unterschiede.“ Außerdem gebe es mittlerweile den mit günstiger Hardware ausgestatteten chinesischen Humanoiden. „Die Idee ist, seine Ungenauigkeit mit Hilfe von Software auszugleichen, die in erster Linie KI-getrieben ist. In Wahrheit haben wir keinen Humanoid-Robotik-, sondern vielmehr einen KI-Hype“, so Dr. Neumann.
Auch in der Region hat diese Technologie an Fahrt aufgenommen. In den letzten Jahren konnten Professor Neumann und seine Kollegen verschiedene Projekte mit Industriebetrieben umsetzen. Gerade Mittelständler, die bisher keine Erfahrung mit Robotik hatten, haben sich offen gezeigt und diese, zum Teil sogar KI-Robotik, in ihr Produktportfolio aufgenommen. „Wir sehen, dass die Investitionsbereitschaft insgesamt zugenommen hat und gerade im Bereich Robotik Geld in die Hand genommen wird.“ Viele Unternehmen hätten verstanden, dass sie etwas tun müssen. China werde immer innovativer und wenn man wettbewerbsfähig bleiben wolle, müsse man investieren und auch gewisse Risiken eingehen. „Hier hat ein Umdenken stattgefunden. Lange Zeit sahen viele nicht die Notwendigkeit, weil sie mit den bestehenden Geschäftsmodellen erfolgreich und die Energiepreise günstig waren“, sagt der Robotikspezialist.
Große Chancen liegen in der Möglichkeit, mit Robotern zu sprechen
Neue Chancen sieht der Wissenschaftler auch in den viel diskutierten Vision-Language-Action-Modellen, die das Sprechen mit Robotern ermöglichen. Sie könnten zu einer Flexibilitätsrevolution in der Robotik führen. „Die Idee dahinter: Wenn man sehr flexibel ist, kann man ein- und dieselbe Hardware für viele Aufgaben verwenden. Die Annahme wäre dann, wenn Menschen all die Aufgaben übernehmen, die sich nicht gut automatisieren lassen, dann könnten künftig Humanoide diese erledigen. Das ist die Story, an der wir arbeiten und die einige Unternehmen bereits mitschreiben“, so Professor Neumann.
Aber er weiß auch, dass viele technische Herausforderungen bis heute noch nicht gelöst sind. Etwa die Sicherheit. Schließlich muss ein Roboter, der im Betrieb aktiv wird, bestimmte Regularien einhalten. Ihn einfach hinter einem Schutzzaun zu platzieren, kann nicht das Ziel sein. Schließlich soll der Humanoide mobil, interaktiv und kollaborativ seine Aufgaben erledigen. „Ziel ist es, eine verlässliche Autonomie zu erreichen. Die Roboter müssen in der Lage sein, Situationen einzuordnen, Handlungsoptionen zu planen. Und auch unter Unsicherheit müssen sie sicher und beherrschbar bleiben. Davon sind wir jedoch noch weit entfernt. In unserem Lab beschäftigen wir uns mit diesen Themen, um vorbereitet zu sein.“
Bis es soweit ist, lassen sich die KI-Algorithmen bereits jetzt in konventionellen Technologien flexibel einsetzen, wie in mobilen Transportfahrzeugen mit kollaborativen Robotern. Die verfügen zwar über keine Beine, sind aber äußerst produktiv und nutzen dieselben KI-Algorithmen wie die Humanoiden. „Es geht um flexible Einsatzmöglichkeiten. Wie der Roboter aussieht, ist unerheblich. Für die meisten Anwendungen braucht es gar keine Beine. Auch das zeigen wir in unserem Lab“, so Neumann. Natürlich sei es beeindruckend zu sehen, wie ein Roboter Saltos schlägt. Die Wahrheit sei aber, dass es für Roboter wesentlich einfacher ist, so ein Kunststück auszuführen als eine Schraube in einen Motorblock zu schrauben. Dazu müsse man in der Lage sein, Kräfte zu spüren und feinfühlig zu sein. Also kein Job für Grobmotoriker und damit auch kein Job für Roboter. Noch nicht.
„Man spricht hier vom Moravec-Paradoxon“, sagt Professor Neumann. Dieses besagt, dass viele für Menschen einfach auszuführende Tätigkeiten für Roboter und künstliche Intelligenz nur schwer zu erledigen sind. Das gilt auch andersherum.
Doch wann wird es in der Praxis möglich sein, dass Roboter konkrete Aufgaben übernehmen? Einen genauen Zeitpunkt benennen möchte der Wissenschaftler nicht, weil es spekulativ und mit Fakten nicht zu belegen sei. „Wenn man jedoch eine Umgebung strukturiert, Lichtverhältnisse steuert und weiß, wo Materialien ungefähr liegen, dann ist heute vieles schon möglich. Dazu müssten die Systeme in den Arbeitsalltag integriert und beispielsweise von Werkern angeleitet werden. Ob das mit humanoiden Robotern gelingt, da habe ich meine Zweifel, weil sie die Regularien nicht erfüllen. Bei anderen KI-Robotik-Lösungen bin ich zuversichtlicher. Je nach Umgebung und Einflüssen sind diese Systeme heute schon in der Lage, verschiedene Aufgaben zu erledigen. Auf dem Shopfloor ist das wesentlich einfacher als beispielsweise im Haushalt.“
Und obwohl niemand weiß, wie groß die Fortschritte der Robotik in Zukunft aussehen, schließt der Bielefelder Wissenschaftler nicht aus, dass es auch schnell gehen kann. Noch vor zehn Jahren seien die Roboter ständig umgefallen und fehlerhaft gewesen. „Das haben wir alles hinter uns. Die letzten Jahre waren atemberaubend. Wenn man diese Entwicklung extrapoliert, ist vieles möglich“, sagt Neumann, den gerade das Spiel mit der technologischen Unsicherheit reizt. Nicht zu wissen, was kommt, macht seinen Job so spannend. „Ich werde immer wieder überrascht.“
Deshalb blickt der Forscher auch mit Freude auf die zahlreichen Kooperationen mit Unternehmen, die mit ganz unterschiedlichen Herausforderungen an die Wissenschaftler herantreten.
Die Angebote von Fraunhofer und Universität Bielefeld sind niederschwellig. Im gemeinsamen Gespräch werden Bedarfe ermittelt und Projekte definiert. Die Forscher helfen bei der Produktentwicklung und unterstützen bei der Studienerstellung. Auch die Qualifizierung von Personal ist eine Möglichkeit, um sich für die Zukunft aufzustellen. Dabei werden Embedded Scientists von beiden Partnern eingestellt, vom IOSB qualifiziert und später vom Unternehmen übernommen. Insbesondere für kleinere Firmen, die den Einstieg in die humanoide Robotik wünschen, aber nur ein geringes Budget zur Verfügung haben, denkt das IOSB über ein neues Format nach. In sogenannten Konsortien könnten Use-Cases formuliert und in Summe betrachtet werden. Von diesem Wissen könnten dann die Betriebe profitieren.
Gemeinsame Projekte können helfen, moderne Technologien in die Anwendung zu bringen und damit Innovationen zu generieren. Das neue Humanoid Robots Experience Lab schafft mit seinem praxisnahen Zugang zu humanoider Robotik eine interaktive Plattform. Das Interesse in der Industrie ist groß. Das hat bereits die Eröffnungsveranstaltung gezeigt. Jetzt kommt es darauf an, diese Chancen zu nutzen.
