Zum Greifen nah

Klassische Robotiksysteme sind seit Langem in der Industrie im Einsatz, doch die humanoiden Roboter gewinnen an Bedeutung. Treiber der Entwicklung sind Fortschritte bei Künstlicher Intelligenz (KI) und anderen digitalen Technologien, aber auch Fachkräftemangel und demografischer Wandel. Ein „World Café“ der IHK Nürnberg für Mittelfranken, das von der Ansiedlungsagentur „Invest in Bavaria“ unterstützt wurde, nahm die vielfältigen Einsatzgebiete dieser Technologie in den Blick. Dabei zeigte sich, dass die humanoide Robotik bereits über das Forschungs- und Demonstrationsstadium hinausgewachsen ist und sich gerade zu einem eigenständigen industriellen Innovationsfeld wandelt. Im Rahmen der Tagung diskutierten die Teilnehmer nicht nur über mögliche industrielle Anwendungen, sondern auch über Anforderungen an Daten und KI, technische Hürden, notwendige Qualifikationen der Mitarbeiter sowie über die Kompetenzen der Metropolregion Nürnberg in diesem Zukunftsfeld.

Die Expertinnen und Experten waren sich einig, dass die humanoide Robotik die nächste Entwicklungsstufe nach der klassischen Industrieautomation darstellt und dass hier gerade ein neuer globaler Wachstumsmarkt entsteht. Während herkömmliche Roboter hochspezialisierte Aufgaben übernehmen, sollen humanoide Systeme eine größere Aufgabenvielfalt abdecken, insbesondere auch in Umgebungen, die für den Menschen gemacht wurden. Am Anfang dürften Pilotanwendungen in Industrie und Logistik stehen, die dann in eine breitere gewerbliche Nutzung übergehen. Langfristig werden sich die humanoiden Roboter wohl auch in Umgebungen durchsetzen, die weniger vorhersehbar und weniger klar strukturiert sind, als dies bei der klassischen Automation der Fall ist.

Mensch und Roboter arbeiten gemeinsam

Von den Teilnehmern der Veranstaltung wurden insbesondere folgende Einsatzgebiete von humanoiden Robotern genannt: Kommissionierung, Sortierung, Materialversorgung, Handling schwerer Bauteile, Montage von Schaltschränken, Qualitätssicherung und Fertigung von Kleinserien. Weitere Anwendungsfelder umfassen Fernwartung, die Arbeit auf Baustellen sowie in gefährlichen Umgebungen. Bemerkenswert war die Einschätzung der Expertinnen und Experten, dass kurzfristig wohl nicht der vollständig autonome Roboter die wichtigste Entwicklung darstellt. Vielmehr dürften zunächst Assistenzsysteme vorherrschen, bei denen Mensch und Roboter gemeinsam Aufgaben ausführen. Gleichzeitig wurde festgestellt, dass die industrielle Einführung wesentlich von Datenqualität, Sicherheit, Systemintegration, Akzeptanz und wirtschaftlicher Tragfähigkeit abhängt.

Damit die humanoide Robotik erfolgreich zum Einsatz kommt, müssen mehrere Technologiefelder gut zusammenspielen: Etwa die Sensorik, die ein digitales Abbild der Umwelt erzeugt. Zum Einsatz kommen dabei Kamerasysteme, lasergestützte Systeme zur optischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessung (LiDAR), Kraftsensoren, taktile Sensorik sowie sogenannte inertiale Messeinheiten (IMU), also Sensoren, die die Beschleunigung und Winkelgeschwindigkeit eines Objekts messen. Darauf aufbauend kommen KI-Systeme ins Spiel, die die Wahrnehmung, Interpretation und Handlungsplanung übernehmen. Ein besonderer Schwerpunkt aktueller Entwicklungen liegt bei modernen KI-Architekturen: So verbinden Large Language Models (LLM), Vision Language Action Models und Embodied-AI-Ansätze Sprache, Wahrnehmung und Handlung. Ergänzt werden sie durch Bewegungssteuerung, Regelungstechnik und hochpräzise Aktuatoren. Deshalb waren die Teilnehmer der Tagung unisono der Auffassung, dass humanoide Robotik nicht als Einzeltechnologie betrachtet werden könne. Vielmehr komme deren Leistungsfähigkeit erst durch das Zusammenspiel aller Subsysteme zustande.

Daten als Fundament industrieller Robotik

Eine häufig benannte Voraussetzung für das Training humanoider Roboter sind qualitativ hochwertige Daten: Erforderlich sind Umgebungsdaten, beispielsweise in visueller, akustischer oder haptischer Form, aber auch Daten des eigenen Zustands, damit Wahrnehmung, Planung und Optimierung zuverlässig erfolgen können. Datenqualität, Konsistenz und Verfügbarkeit sind für das Funktionieren ebenso wichtig wie die eigentlichen KI-Modelle. Für das Training sind digitale Zwillinge eine Schlüsseltechnologie: In virtuellen Fabriken und Simulationsumgebungen lassen sich Roboter entwickeln und optimieren, bevor sie in den realen Arbeitsumgebungen eingesetzt werden. Langfristig werden digitale Zwillinge das Standardwerkzeug für Entwicklung, Betrieb und Wartung sein. Eine große Hürde ist hierbei der „Sim-to-Real Transfer“: Der in der Simulation trainierte Roboter muss durch Nachtraining in realer Umgebung in die Lage versetzt werden, auch in nicht idealen und unvorhergesehenen Umgebungen robust zu handeln.

Herausforderungen in der Praxis

Humanoide Roboter müssen ihre Umgebungen zuverlässig beherrschen: Feinmotorisches Greifen, variierende Werkstücke und unvorhersehbare Situationen verlangen deutlich höhere Fähigkeiten, als dies bei der klassischen Automatisierung der Fall ist. Als zentrale Herausforderungen genannt wurden darüber hinaus Cyber-Sicherheit, Datensicherheit, Mensch-Roboter-Kollaboration, Akku-Laufzeiten, Robustheit der Hardware und die Integration in bestehende IT- und Produktionssysteme. Und auch die funktionelle Sicherheit hat große Bedeutung: Fehlfunktionen, die zu Schäden bei Menschen und Gegenständen führen können, müssen vermieden werden. Hervorgehoben wurde auch, dass industrielle KI anderen Anforderungen unterliegt als etwa Anwendungen für Konsumenten. Neben der besonderen Leistungsfähigkeit werden hohe Transparenz, Erklärbarkeit und Vorhersagbarkeit sowie eine sehr geringe Fehlertoleranz gefordert. Wenn KI-Systeme auf Akzeptanz stoßen sollen, müssen sie u. a. hohe Standards hinsichtlich Datensouveränität, Vermeidung von Halluzinationen und Nachvollziehbarkeit der Entscheidungen genügen.

Um wettbewerbsfähige KI-Modelle für die Region zu entwickeln, müssen laut den Teilnehmern Wege für ein anonymisiertes Datasharing (z. B. über vertrauenswürdige Datenräume wie Gaia-X oder Catena-X-Schnittstellen) gefunden werden.

Zusammenspiel von Mensch und Roboter

Die Teilnehmer der Tagung sehen humanoide Robotik überwiegend als System, das den Menschen unterstützt. Er bleibt verantwortlich für Entscheidungen, Innovation, Kreativität und Problemlösungen. Auch in naher Zukunft übernehmen Roboter vorerst standardisierte, wiederkehrende oder körperlich belastende Tätigkeiten. Das zukünftige Produktionssystem wird als System verstanden, in dem sich Mensch und Roboter ergänzen, und nicht als System, das menschliche Arbeit vollständig ersetzt. Wenn humanoide Robotik eingeführt wird, verändert das auch die nötigen Kompetenzen der Menschen: Sie benötigen neben technischem Wissen in Robotik und KI auch Verständnis für Prozesse, Daten-Management, Cyber-Sicherheit und Systemintegration. Es werden sich neue Rollen ergeben, beispielsweise Robotik-Koordinatoren, Roboter-Trainer, Integrationsmanager, Instandhaltungsspezialisten sowie für die technischen Schnittstellen zwischen Mensch und Maschine.

Dabei genügt nicht alleine technische Exzellenz: Die Diskussionen machten deutlich, dass frühe Einbindung der Beschäftigten, transparente Kommunikation, Pilotprojekte und nachweisbare Mehrwerte entscheidende Erfolgsfaktoren sind. Darüber hinaus sollten Sorgen der Mitarbeiter hinsichtlich Kontrollverlust und Sicherheit ihres Arbeitsplatzes aktiv angegangen werden. Der wichtigste Hebel, um die Akzeptanz der humanoiden Robotik zu erhöhen, seien positive Erfahrungsberichte von Anwendern, so eine Erkenntnis der Veranstaltung.

Nordbayern mit guten Chancen

Für Nordbayern ergaben die Diskussionen auf der Fachveranstaltung ein ermutigendes Bild: Die Region verfüge über zahlreiche Hochschulen, Forschungsinstitute, Unternehmen der Automatisierungsbranche, Start-ups und Pilotanwender, die wesentliche Beiträge für Forschung und Entwicklung der humanoiden Robotik leisten. Zu den Stärken des „Ökosystems“ in der Robotik in Nordbayern zählen zudem Kompetenzen in KI, Sensorik, Elektronik, Mechatronik, Automatisierung und Systemintegration.

Die Teilnehmer sehen deshalb gute Voraussetzungen für eine führende Rolle der Metropolregion Nürnberg bei industrieller humanoider Robotik. Dabei wurde auch die Bedeutung vollständiger Wertschöpfungsketten betont. So gelingen erfolgreiche industrielle Ansiedlungen nicht allein aufgrund finanzieller Anreize, sondern wegen Forschungspartnern, Pilotkunden, Lieferketten, Fachkräften und Skalierungsmöglichkeiten, wie im Impulsvortrag von „Invest in Bavaria“ dargestellt wurde. Die Diskussionen an den Tischen bestätigten diese Sichtweise und führten aus, Nordbayern solle sich als Innovations-, Test- und Anwendungsregion präsentieren und internationale Referenzprojekte aufbauen.

Bei der Abwägung der Chancen und Herausforderungen zeichnete die Tagung ein klares Bild: Die humanoide Robotik entwickle sich von einer Vision zu einem realen industriellen Werkzeug. Kurzfristig dominieren Anwendungen in Logistik, Montage, Materialhandling und Qualitätssicherung. Langfristig könnten humanoide Systeme zu universellen Arbeitsplattformen in Industrie, Service und Pflege werden.

Autor: Dr. Ronald Künneth ist Referent für vernetzte Produktion, Automotive, Energiewirtschaft und Technologietransfer bei der IHK Nürnberg für Mittelfranken