Zurück
Sprache

Kollege Roboter,
mach Du das lieber.

Roboter und Menschen arbeiten bisher nur selten Seite an Seite. Herkömmliche Roboter sind sture Befehlsempfänger, die einprogrammierte Bewegungen stur ausführen. Um ihre menschlichen „Kollegen“ zu schützen, sind sie deshalb meist eingezäunt.

© KUKA Roboter GmbH

Eine der größten Revolutionen der jüngeren Industriegeschichte sind neue, sensitive Leichtbauroboter wie der LBR iiwa3 (intelligent industrial work assistant) von Kuka. Sie arbeiten „Hand in Hand“ mit Menschen.

Das ist möglich, weil der 22-30 Kilogramm leichte iiwa3 eine „programmierbare Nachgiebigkeit“ hat. Die in den Gelenken integrierte Sensorik erkennt von außen einwirkende Kräfte und lässt den Roboter nachgeben. Er tastet sich an Objekte heran und verändert bei Bedarf seinen Bewegungsablauf, um zum Beispiel aus einer Kiste ein beliebiges Bauteil herauszuholen – das er zuvor als „passend“ erkannt hat. Sollte ein rohes Ei oder eine Hand dazwischen liegen, wird ihnen nichts passieren. Sogar ein Wasserglas auf dem Tisch würde der Roboter nicht unabsichtlich umwerfen – und das hat er dem Menschen eindeutig voraus.

Der Nutzen: Ein Roboter wie der iiwa3 kann als Handlanger unergonomische Tätigkeiten übernehmen, zum Beispiel beim Arbeiten über Kopf oder beim Anreichen von Teilen. Bei Mercedes-Benz ist eine Vorversion bereits seit 2009 im weltweit ersten Serieneinsatz. Die Technik, die ursprünglich aus der Raumfahrt kommt, wurde seit 2004 vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) für den Einsatz in der Industrie weiterentwickelt. Die Wissenschaftler des DLR arbeiteten dabei eng mit Kollegen der Firmen Kuka Roboter GmbH und Daimler zusammen.

Der Leichtbauroboter bei Mercedes-Benz fädelt 5-15 Kilogramm schwere Tellerräder und Lagerschalen in Getriebegehäuse ein. Das ist eine eintönige, schwere und anspruchsvolle Millimeterarbeit, die sonst von Menschen mit viel Fingerspitzengefühl (und zugleich Kraft) erledigt werden müsste.

© KUKA Roboter GmbH

Allerdings: Nur eine einzige Verkantung – und das Bauteil ist Schrott. Zwei feinfühlige Roboterarme unterstützen sich gegenseitig beim Positionieren und Fixieren.

© KUKA Roboter GmbH

Bislang konnten Maschinen nur von Menschen bedient werden. Jetzt gibt es Roboter, die selbstständig Maschinen bedienen – wie hier beim Einsetzen von losen Bauteilen.

© KUKA Systems GmbH

Der Helfer für lästige Kantinenarbeiten: Ein Roboterarm erkennt selbstständig, wann ein Tablett kommt, wie er es anheben muss und wo genau sich freie Slots befinden. Inklusive des kleinen Extra-Schubsers fürs Tablett, wenn der Einschub ein bisschen hakt.

© KUKA Systems GmbH

Eine interessante Idee der Schweizer Rinspeed AG: Im Konzeptfahrzeug Budii ersetzt der Roboterarm die Lenksäule – das Lenkrad kann so vom Fahrer zum Beifahrer bewegt werden, oder sich klein machen – wenn das Auto im Stau selbstständig fährt.

© Rinspeed

Roboterarme und -hände sind allerdings nicht nur für die Industrie interessant. Sie können auch Unheilbares „heilen“ – oder einfach nur Spaß machen.

Trotz Querschnittslähmung selbstbestimmt Kaffee trinken? Diese 58-jährige Frau ist aufgrund eines Gehirnschlags vor 15 Jahren vollständig vom Hals an abwärts gelähmt. Im Rahmen eines Versuchs mit einem neuronal gesteuerten Roboterarm konnte sie nach nur etwa einer Viertelstunde „Training“ eine Flasche mit Kaffee ergreifen, zu ihrem Mund führen und mit einem Strohhalm daraus trinken. Zur Steuerung wurde die Neuroprothese BrainGate2 in den Motorkortex des Hirns implantiert. Eine kabellose Verbindung ist noch nicht möglich – aber die Forscher arbeiten daran.

© NATUREvideo

Chirurgen leisten Großartiges, aber im ganz Kleinen wird es häufig doch sehr knifflig. Der DLR MIRO ist ein Roboterarm, der dem Chirurg direkt am OP-Tisch assistieren kann. Dadurch kann eine größere Zahl komplizierter Eingriffe minimal invasiv, also durch kleine Schnitte in der Körperhülle, durchgeführt werden. Der MIRO kann mit speziellen Instrumenten auch feinfühlig Gewebe ertasten und es per Wasserstrahl so schneiden, dass Blutgefäße und Nerven erhalten bleiben. Zugleich führt er eine Kamera, sodass der Chirurg immer alles im Blick behält.

© DLR, Institut für Robotik und Mechatronik

Das ist Justin. Im Moment ist er fähig, sich selbstständig fortzubewegen – und Bälle zu fangen, eine aus Robotersicht hoch komplexe Aufgabe. Justin ist auf dem Weg zu einem humanoiden – also menschenähnlichen – Roboter. In Zukunft könnte er beispielsweise zum Mitbewohner von Menschen mit Bewegungseinschränkungen werden, ihnen im Haushalt zur Hand gehen und sie so von menschlicher Hilfe unabhängiger machen.

© DLR, Institut für Robotik und Mechatronik

Leichtbauroboter – Wie alles begann (LBR)

© DLR

© DLR

© DLR

© DLR

© DLR

Kein Arm ohne Hand: die DLR Hand.

Wozu nützt ein Arm, wenn an seinem Ende keine Hand sitzt? Das gilt auch für Roboter. Roboter-Hände im Industrieeinsatz sind bis heute eher Greifer, Spezialanfertigungen, optimiert für eine einzige, ganz spezielle Aufgabe. Da ist eine menschliche Hand schon deutlich vielseitiger. Sie nachzubauen ist zwar extrem schwer, gelingt aber immer besser. Die Forscher der DLR sind bei künstlichen Händen führend.

© DLR

1998 wurde die DLR Hand I vorgestellt, eine 4-Finger-Hand mit 12 bzw. 13 Bewegungsfreiheitsgraden (gegenüber 22 Graden und einem Finger mehr an der menschlichen Hand).

Die DLR Hand I galt mit ca. 1.000 mechanischen und 1.500 elektrischen Komponenten als die weltweit komplexeste aller bisher gebauten Roboter-Hände. Jeder Bewegungsfreiheitsgrad ist sozusagen ein Gelenk. Das bedeutete: 12 Antriebe waren nötig. Dennoch: Zum ersten Mal war es gelungen, alle 12 Antriebe in die Hand zu integrieren.

Die DLR Hand II, Ende 2000 erstmals vorgestellt, war eine Weiterentwicklung mit besserer Elektronik: Statt 400 Kabeln zur „Außenwelt“ verließen die Hand nun nur noch Zwölf.

© DLR

© DLR

Und woher kommen die Rohstoffe für die High-Tech-Produkte?

© DLR

In kompakten, leistungsstarken Elektromotoren wie sie in Roboterarmen eingesetzt werden stecken sogenannte „Seltene Erden“. Rohstoffe und 17 chemische Elemente, die schwer zu finden sind und oft unter katastrophalen Bedingungen für Natur, Mensch und Tierwelt abgebaut werden. Die Exploration, also das Auffinden neuer Rohstoff-Lagerstätten, ist ein aufwändiges Geschäft.

© GFZ Deutsches GeoForschungsZentrum

Der deutsche Satellit EnMAP (Environmental Mapping and Analysis Program) wird zukünftig vom All aus helfen, nach natürlichen Lagerstätten von Seltenen Erden zu suchen.

EnMAP ist die erste deutsche hyperspektrale Satellitenmission. Hyperspektral-Instrumente registrieren die von der Erde reflektierte Sonnenstrahlung vom sichtbaren Licht bis zum kurzwelligen Infrarot. EnMAP nimmt dieses Lichtspektrum vollständig in 242 Kanälen auf. Die gegenwärtigen optischen Satelliten verfügen in der Regel nur über 3-8 Kanäle. Damit können sie das reflektierte Licht nur in wenigen Wellenlängenbereichen aufnehmen. Aus der mit EnMAP möglichen Analyse der spektralen Signaturen in schmalen Frequenzbändern lassen sich präzise Aussagen über Zustand und Veränderungen der Erdoberfläche treffen, zum Beispiel quantitative Angaben zur Nährstoffversorgung von Ackerpflanzen, zum Trockenstress oder Schädlingsbefall von Wäldern oder zur Qualität von Binnen- und Küstengewässern.

© GFZ Deutsches GeoForschungsZentrum

Aber auch zu steinigen Oberflächen: Forscher werden voraussichtlich ab 2018 vom All aus erkennen können, ob die Mineralzusammensetzung von Gesteinen auf ein Vorkommen Seltener Erde schließen lässt. Zugleich werden durch die gewonnenen Daten die vielschichtigen Auswirkungen der Eingriffe des Menschen in Ökosysteme untersuchbar.

Die Auswertung der Bilder wird mit speziellen Algorithmen erfolgen, die die Information aus den 242 Kanälen vollständig nutzen können. Zu diesem Zweck wurde mit EnMAP-Box ein frei verfügbares Softwarepaket veröffentlicht, das laufend weiterentwickelt wird. Derzeit wird die wissenschaftliche Nutzung vorbereitet, dazu gehört auch eine intensive Förderung von Nachwuchswissenschaftlern, u.a. in regelmäßigen Sommerschulen und Workshops.

Das Deutsche GeoForschungsZentrum - Helmholtz-Zentrum Potsdam leitet die EnMAP-Mission wissenschaftlich, das Management liegt beim Raumfahrtmanagement des DLR.

Gebaut wird das Satellitensystem von der OHB Systems AG, betrieben wird es schließlich vom Deutschen Raumfahrt-Kontrollzentrum, dem Institut für Methodik der Fernerkundung und dem Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum des DLR in Oberpfaffenhofen. Sie werden auch die gewonnen Daten bereitstellen.

Die Vermessung der Welt als europäisches Projekt: COPERNICUS.

Für eine globale Umweltüberwachung ist allerdings ein leistungsfähiges Satellitensystem notwendig, das mit zahlreichen spezialisierten Satelliten Boden, Meere, Luft oder Atmosphäre überwacht und diese Erdbeobachtungsdaten zuverlässig und unabhängig anbietet. Die europäische Antwort: Copernicus mit sieben eigens entwickelten Satellitenmissionen, den Copernicus Sentinels.

© Airbus DS GmbH 2015





INNOspace Startseite | Impressum | Datenschutz