„Die Grundlage für die sichere Integration in der Produktion“

ROBOTIK UND PRODUKTION: Könnten Sie zunächst das Projekt KMUmanoid kurz skizzieren und unserer Leserschaft mitteilen, wie es zu der Idee für dieses Projekt kam?

Theo Jacobs: Aktuell ist das Interesse an humanoider Robotik groß und sie sind medial sehr präsent. Einige große Unternehmen haben auch bereits Zugang zu dieser Technologie. Kleine und mittlere Unternehmen hingegen haben kaum Möglichkeiten, Humanoide für sich zu erproben. Um für KMU relevante Use Cases gezielt zu untersuchen und den Unternehmen genau diese Informationen und Entscheidungshilfen zu bieten, förderte das Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg das Projekt. Durch unsere umfangreichen Tätigkeiten in der Robotik hatten wir bereits einen großen Wissensfundus vorliegen und konnten so im Rahmen des Projekts fundierte Potenzialeinschätzungen erarbeiten.

ROBOTIK UND PRODUKTION: Wie fügt sich das Projekt in die langfristige Forschung des Fraunhofer IPA zur Automatisierung im Mittelstand ein?

Zunächst einmal haben die Fraunhofer-Gesellschaft und besonders auch das Fraunhofer IPA in Stuttgart einen großen Fokus auf der Zusammenarbeit mit KMU, weil diese oft keine eigenen Forschungsabteilungen haben. Unser wichtigstes Instrument ist hier die Automatisierungs-Potenzialanalyse, kurz APA. Das ist ein sehr kompaktes, kurzes Format, das wir bereits weltweit bei mehreren Hundert Unternehmen eingesetzt haben, um ihnen aufzuzeigen, welche Prozesse sich technisch und/oder wirtschaftlich sinnvoll automatisieren lassen. Diesen Ansatz haben wir mit KMUmanoid mit neuem Themenfokus weiterentwickelt. Ein besonderes Augenmerk lag dabei auf der funktionalen Sicherheit. Diese berücksichtigen wir in klassischen APAs auch, aber sie ist bei Humanoiden noch relevanter.

ROBOTIK UND PRODUKTION: Wie adressiert das Projekt die typischen Einstiegshürden für Robotik bei KMU?

Schon vor dem Projektstart konnten wir durch eine Studie viel Wissen aus erster Hand zusammentragen, indem wir über 100 Fachleute aus Produktion und Logistik befragten und außerdem zahlreiche Interviews mit KMU zu den Themen Humanoide und Sicherheit führten. Diese Arbeiten fanden im Rahmen des KI-Fortschrittszentrums statt, ebenfalls gefördert vom baden-württembergischen Wirtschaftsministerium und gemeinsam geleitet vom Fraunhofer IPA und Fraunhofer IAO. Die Studie ergab die Top 3 der Einsatzhürden von Humanoiden aus Anwendersicht: nicht geregelte Sicherheit, zu hohe Erwartungshaltung und keine wirtschaftlichen Anwendungsfälle. Und auch weitere ungeklärte Themen wie die Akzeptanz aufseiten des Personals und die technische Umsetzbarkeit einer Anwendung bzw. Reife der Humanoiden tragen zur Unsicherheit bei.

An Sicherheitsnormen für humanoide Roboter wird derzeit gearbeitet. Hier ist 2028 mit Neuerungen zu rechnen.
Dr. Theo Jacobs, Fraunhofer IPA

Genau diese Hürden haben wir adressiert: Wir haben in Form von je einem Leitfaden zur Wirtschaftlichkeit und Sicherheit umfangreiche Informationen bereitgestellt. Wir haben Anwendungsszenarien überlegt und durchgespielt sowie deren technische und wirtschaftliche Dimension angeschaut. @Interview_Grundschrift:

ROBOTIK UND PRODUKTION: Welche Fähigkeiten müssen humanoide Roboter speziell für KMU mitbringen? Welche Anwendungsfälle eignen sich am ehesten?

Diese Frage haben wir genau so in der erwähnten Studie gestellt. Ergebnis: Die Top-3-Fähigkeiten sind Indoor-Navigation, Umgebungserfassung sowie Gegenstände zuordnen und sortieren können. Für KMU ist auch die leichte Einrichtbarkeit ganz entscheidend, weil meist kein robotisches Fachwissen im Unternehmen vorhanden ist. Die Idealvorstellung wäre, dass man den Humanoiden auspackt, ihm dann sagen oder vormachen kann, was er tun soll, und er dies versteht und die Aufgabe entsprechend ausführt. Davon sind wir aber aktuell noch weit entfernt. Weitere Anforderungen ergeben sich aus den meist kundenspezifischen Produkten, die KMU fertigen, und den damit verbundenen kleinen Losgrößen. Der Humanoide sollte also flexibel agieren können und wandlungsfähig sein.

Was geeignete Anwendungsfälle angeht, ist natürlich eine entscheidende Frage, warum ein Unternehmen einen Humanoiden anstelle eines klassischen mobilen oder stationären Roboters nutzen sollte. Hier sehen wir einerseits seine potenziell vielseitige Einsetzbarkeit als Kriterium. Andererseits ist die Erreichbarkeit der Arbeitsumgebung wichtig. Ein Humanoider kann besser in engen und für Menschen gemachten Umgebungen agieren, weil er nur wenig Standfläche benötigt. Auch die Höhe, die erreicht werden muss, ist relevant. Mitunter kommt ein Humanoider leichter in sehr niedrige oder eher hoch gelagerte Bereiche, beispielsweise beim Greifen aus Regalen.

ROBOTIK UND PRODUKTION: Für wie realistisch halten Sie es, dass KMU Humanoide in den nächsten zehn bis 15 Jahren einsetzen?

Der aktuelle Status quo erlaubt nur eine sehr eingeschränkte Einsetzbarkeit bei KMU, beispielsweise in ausgewählten Testumgebungen oder teleoperiert. Gleichzeitig beobachten wir sehr rasante Fortschritte in Hardware und Software. Viele Unternehmen arbeiten mit Hochdruck an Weiterentwicklungen und die Konkurrenz ist groß. Es tut sich also sehr viel, insbesondere in China mit der viel zitierten Chinese Speed. Aber wir sehen auch noch viel Skepsis und oftmals sind andere Robotersysteme aktuell noch passender. Zehn bis 15 Jahre sind jedoch ein großer Zeitraum, in dem es vielleicht noch Rückschläge geben mag, in dem aber auch nochmal ganz neue Ansätze entstehen können. Ein gewisser Reifegrad wird bestimmt erreicht. Kurzum: Unter den gegebenen aktuellen Bedingungen werden Humanoide künftig sicher viele Aufgaben auch in KMU übernehmen, wenn auch nicht flächendeckend.

ROBOTIK UND PRODUKTION: Welche humanoide Roboterplattform wurde für den Demonstrator des Projekts eingesetzt?

Wir haben im Projekt den G1 von Unitree genutzt, einen relativ kleinen Humanoiden mit einer Dreifinger-Hand.

ROBOTIK UND PRODUKTION: Im Projekt wurde eine Anwendung praktisch umgesetzt, zwei weitere in Simulationen. Welche Erkenntnisse haben diese Entwicklungen gebracht?

Genau, wir haben den Materialtransport mit dem echten Roboter umgesetzt. Hierbei holt der Humanoide etwas aus dem Lager und bringt es durch eine hallenähnliche Umgebung an einen Arbeitsplatz. Der Roboter muss sich also unter Menschen und anderen Fahrzeugen bewegen können. In der Simulation haben wir eine Montageaufgabe entwickelt, die auch nahe dem Menschen ausgeführt wird, sowie das Kommissionieren im Lager. Dabei geht der Roboter in eine Lagergasse, stellt Teile aus Kisten zu Sets zusammen und bringt diese zu einer Übergabestelle. Hier würde er eher in einem von Menschen abgetrennten Bereich arbeiten. Diese drei Szenarien haben sich in unserer vorab durchgeführten Studie als besonders relevant für Mittelständler herausgestellt. Beim Materialtransport und dem Kommissionieren kann der Humanoide seine Fähigkeiten Mobilität und Greifen ausspielen. Die Beine waren dafür allerdings nicht entscheidend, Mobilität auf Rädern wäre ebenfalls ausreichend gewesen.

Alle drei Szenarien haben sich als technisch machbar erwiesen. Zum Thema Wirtschaftlichkeit: Der Engineering- und Trainingsaufwand für Roboter ist derzeit hoch und muss individuell betrachtet werden. Bei mehreren Robotern sinkt die Amortisationszeit. Aufgaben mit geringer technischer Komplexität sind schneller wirtschaftlich umsetzbar als komplexe. Zudem ist die Auslastung des Roboters ein wichtiger Faktor.

Zum Thema Sicherheit: Humanoide Roboter bergen ein hohes Kollisionsrisiko für Menschen. Ihre Sicherheitstechnologien sind noch nicht auf dem Niveau stationärer kollaborativer Roboter und müssen getestet werden. An Sicherheitsnormen für humanoide Roboter wird derzeit gearbeitet und hier ist 2028 mit Neuerungen zu rechnen. Herausfordernd ist die Bewertung der Zuverlässigkeit KI-gestützter Software für Sicherheitsaufgaben. Daher sollte der Einsatz humanoider Roboter von Sicherheitsfachleuten begleitet werden.

ROBOTIK UND PRODUKTION: Das Projekt ist im September dieses Jahres ausgelaufen. Können Sie schon absehen, ob Sie Ihre Ziele erfüllen konnten? Welche Ergebnisse zeichnen sich bereits ab?

Trotz der kurzen Laufzeit des Projekts von nur sechs Monaten konnten wir auch dank unserer Vorarbeiten die Ziele erfüllen, eine praktische Demo umsetzen und die erwähnten Leitfäden bereitstellen. Diese stießen bereits auf einiges Interesse und Unternehmen haben uns darauf angesprochen. Profitiert haben wir ebenfalls von neuen Erfahrungswerten rund um die Inbetriebnahme eines Humanoiden, die uns einige Zeit gekostet hat. Die Erfahrungen fließen in Folgearbeiten ein. Aktuell laufen weitere Proof-of-Concept-Arbeiten mit dem KI-Fortschrittszentrum. Ebenso finalisieren wir gerade einen Benchmark für Humanoide und einen Readiness Navigator. Beide werden Unternehmen helfen, die Vielzahl an Humanoiden besser einordnen zu können, und ihnen belastbare Informationen geben, welche Reifegrade und Kosten für bestimmte Aufgaben vorliegen bzw. erwartet werden müssen. Aufgrund der Marktdynamik ist es uns wichtig, ständig mit den Entwicklungen Schritt zu halten und Unternehmen so das Wissen bereitstellen zu können, das sie von der ersten Einsatzidee bis hin zu einer konkreten Anwendungsentwicklung brauchen. Auch in die Sicherheitsnormung bringen wir die Ergebnisse unserer Tests ein und nutzen diese, um Konzepte für den sicheren Einsatz zu entwickeln. KMUmanoid legt damit die Grundlage für sichere Integration von humanoiden Robotern in der Produktion.

Die Fragen stellte: Frauke Itzerott
Ressortleiterin Robotik und Chefredakteurin ROBOTIK UND PRODUKTION. Hat einen Kollegen, der sich vor humanoiden Robotern fürchtet, kann ihn aber immer wieder beruhigen.