Was ist Robotik?

Als Robotik bezeichnet man einen Teilbereich der Ingenieur- und Naturwissenschaften, der Maschinenbau, Elektrotechnik, Informatik und andere einschließt. Robotik befasst sich mit dem Entwurf, der Konstruktion, dem Betrieb und der Nutzung von Robotern sowie Computersystemen für deren Steuerung, sensorische Rückkopplung und Informationsverarbeitung.

Ein Roboter ist eine Einheit, die diese Interaktion mit der physischen Welt auf der Basis von Sensoren, Aktoren und Informationsverarbeitung umsetzt. Ein zentrales Einsatzgebiet von Robotern ist Industrie 4.0 (Industrieroboter).

Der US-Amerikaner George Devol (1912 bis 2011) erfand 1954 ein Verfahren zur Maschinensteuerung, das er sich patentieren ließ. Er entwickelte im Jahr 1956 Unimate, den ersten Industrieroboter.

Der US-amerikanische Ingenieur Joseph Engelberger (1925 bis 2015) gilt als Vater der Robotik. Er gründete 1961 zusammen mit George Devol das Unternehmen Unimation, das sie im Jahr 1983 für 107 Millionen Dollar verkauften. Später entwarf er den Roboter Help-Mate, der als Kurier das Krankenhauspersonal entlasten sollte.

Weltmarktführer der Industrieroboterhersteller waren im Jahr 2020 die beiden japanischen Unternehmen Fanuc und Yaskawa Electric, gefolgt von ABB aus der Schweiz um dem deutschen Hersteller Kuka.

Der russische Autor Isaac Asimov stellte 1942 in seinem Werk "Runaround" drei Robotergesetze auf, die man wie folgt wiedergeben kann: (1) Roboter dürfen keine Menschen verletzen, (2) Roboter müssen den Befehlen des Menschen gehorchen, (3) Roboter müssen sich selbst schützen.

Roboter übernehmen meist sich wiederholende, langweilige oder gefährliche Aufgaben und können so Menschen entlasten. Immer häufiger kommt in Roboter Künstliche Intelligenz zum Einsatz.

Anwendungsgebiete der Robotertechnik

Kollaborative Roboter (Cobots)

Cobots (Abkürzung von "collaborative robot") kommen eine immer größere Bedeutung zu. Herkömmliche Industrieroboter werden in immer mehr Bereichen der Industrie durch Cobots ersetzt oder erweitert. Cobots kommen in Zusammenarbeit mit Menschen im Produktionsprozess zum Einsatz und sind dabei nicht mehr wie die typischen industriellen Roboter durch Schutzeinrichtungen von ihren menschlichen Kollegen getrennt. Kollaborative Roboter sind im Vergleich zu traditionellen Industrierobotern kompakter, flexibler einsetzbar und leichter zu programmieren. Dabei ersetzen Cobots nicht die Arbeitsplätze des Menschen, sondern ergänzen diese.

Industrieroboter

Als Industrieroboter werden programmierbare Maschinen bezeichnet, die zur Handhabung, Montage oder Bearbeitung von Werkstücken im industriellen Umfeld  eingesetzt werden. Diese Roboter bestehen zum Großteil aus einem Roboterarm, einem Greifer, diversen Sensoren sowie einer Steuerungseinheit. Sie können Aktionen entsprechend ihrer Programmierung auch autonom ausführen. Die globale Roboterdichte hat sich in den letzten Jahren signifikant erhöht: pro 10.000 Mitarbeiter gibt es aktuell 74 Einheiten. Weltweit waren im Jahr 2016 rund 290.000 Industrieroboter im Einsatz und es wird erwartet, dass deren Zahl in den nächsten Jahren wachsen wird. In der Automobilindustrie spielen Industrieroboter seit mehr als 50 Jahren eine wichtige Rolle bei automatisierten Produktionsprozessen, um Abläufe effizienter, sicherer, schneller und flexibler zu gestalten. So wurde der erste Industrieroboter Unimate bereits 1961 bei General Motors in den Produktionsprozess integriert. ln der Automobilbranche der USA 2016 waren mehr als 17.600 Industrieroboter im Einsatz.

Autonome Transportsysteme (AGV)

Ein AVG (Automated Guided Vehicle) ist ein fahrerloses Transportfahrzeug mit eigenem Fahrantrieb, das automatisch gesteuert und berührungslos geführt wird. AGVs werden typischerweise eingesetzt, um Materialien in einer Produktionsstätte zu transportieren. Im industriellen Umfeld stehen sie für die Entwicklung vom klassischen, sperrigen Förderband zur platzsparenden, hochflexiblen Lösung. Ein weiterer beliebter Einsatzort für AGVs sind Lagerhallen.

Drohnen

Neben Robotern spielen auch Drohnen in der Industrie eine zunehmend wichtige Rolle. Unter dem Begriff "Drohne" wird meist ein unbemanntes Fluggerät verstanden, das entweder über Funk gesteuert wird oder dessen Verhaltensweisen zuvor über ein Softwareprogramm programmiert wurde.

Service-Roboter

Ein Service Roboter ist eine Maschine, die Dienstleistungen für Menschen erbringt. Dabei wird zwischen dem Einsatz für Privatpersonen und dem im professionellen Umfeld unterschieden. Im Privatbereich sind beispielsweise Staubsauger- oder Rasenmäher Roboter in Haushalten etabliert. Es gibt auch Liefer-Roboter im Einzelhandel.

Überwachungsroboter

Überwachungsroboter kontrollieren den Haushalt, während der Mensch nicht anwesend ist. Per App lassen sich diese Roboter über eine Internetverbindung steuern. Nimmt der Roboter per Bewegungserkennung entsprechende Impulse wahr, sendet er ein Alarmsignal auf ein Smartphone. Die integrierte Kamera macht Aufnahmen und verfügt über eine Gegensprechfunktion.

Weitere Einsatzgebieten von Roboter sind die Landwirtschaft, die Gastronomie, in der Therapie oder als Chirurg-Assistent.

Es gibt auch Humanoide Roboter und Spielzeug-Roboter. Vorreiter in dieser Richtung ist Japan. Humanoide Roboter haben heutzutage schon beachtliche Fähigkeiten, diese reichen vom Kommunizieren über das Musizieren und Bewegen bis hin zur Hilfe im Haushalt. Jetzige Humanoiden Roboter besitzen um die 50 Freiheitsgrade und viele Aktuatoren. Es gibt einen Humanoiden Roboter ("Pibot") der ein Flugzeug fliegt. Ein LEGO Roboter konnte den Rubik-Würfel lösen.

Während die NASA derzeit versucht, die künstliche Intelligenz ihrer Marsrover zu verbessern und an einem automatisierten Satellitenreparaturroboter arbeitet, sind auch andere Unternehmen daran interessiert, die Weltraumforschung durch Robotik und KI zu verbessern. CIMON von Airbus beispielsweise ist eine Art Alexa im Weltraum, die Astronauten von der Internationaler Weltraumstation (ISS) bei ihren alltäglichen Aufgaben unterstützen und durch Spracherkennung Stress reduzieren soll, gleichzeitig aber auch als Frühwarnsystem zur Erkennung von Problemen fungiert. Und die NASA ist auch nicht das einzige Team, das an autonomen Rovern arbeitet. Der Rover von iSpace könnte mit Hilfe von Bordwerkzeugen dafür verantwortlich sein, in nicht allzu ferner Zukunft den Grundstein für einer "Moon Valley"-Kolonie abseits der Erde zu legen.