Was sind Roboter? Die Entwicklung und Zukunft der Robotik

Was sind Roboter?

Wir alle kennen den Begriff „Roboter“ und verwenden ihn beiläufig in unseren täglichen Gesprächen. Aber wissen wir, was das wirklich bedeutet? Nehmen wir uns einen Moment Zeit, um uns mit der Definition eines Roboters zu befassen. Ist es so einfach, wie es scheint, oder fordert es unser Verständnis heraus?

Abbildung 1: KI-generiertes Bild eines humanoiden Roboters. (Bildquelle: Aswin Babu)

Im Kern ist ein Roboter eine programmierbare Maschine, die in der Lage ist, Informationen zu erfassen, zu verarbeiten und Aufgaben entweder autonom oder mit menschlicher Unterstützung auszuführen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Werkzeugen können sich Roboter an ihre Umgebung anpassen und häufig sich wiederholende oder gefährliche Aufgaben übernehmen, wodurch wir mehr Zeit für kreative Arbeit haben. Es ist ein weit verbreiteter Irrglaube, dass Roboter immer ein menschliches Aussehen haben (Abbildung 1). Wir werden uns später mit humanoiden Robotern befassen, wo dieses Konzept zum Tragen kommt.

Ein kurzer Blick zurück: Die Geschichte der Robotik

Wenn man sich die Etymologie des Wortes „Roboter“ ansieht, so stammt es aus dem tschechischen Theaterstück „Rossums Universalroboter“ von Karel Čapek aus dem Jahr 1921 (vom tschechischen Wort „robota“, das „Zwangsarbeit“ bedeutet). Der Science-Fiction-Autor Isaac Asimov wird jedoch für die Erfindung des Ablegerwortes „robotisch“ verantwortlich gemacht. Es erschien in Isaac Asimovs Science-Fiction-Geschichte „Runaround“ (1942). Runaround enthielt auch Asimovs berühmte Drei Gesetze der Robotik (Abbildung 2). Ähnlich wie andere bahnbrechende Technologien ließ sich auch die Robotik von der Fiktion inspirieren und setzte fantasievolle Konzepte in die Realität um.

Abbildung 2: Illustration der drei Gesetze der Robotik (Bildquelle: Dreamstime.com)

Einige der Durchbrüche in der Robotik

Von der Fiktion zur Realität: Während der industriellen Revolution gab es die ersten wirklichen Schritte in Richtung Automaten, mechanische Geräte, die dazu bestimmt waren, sich wiederholende Aufgaben zu vereinfachen. Das Konzept der Automaten geht auf antike Mythen zurück, wie die griechische Geschichte von Talos, in der ein riesiger Bronzeautomat vorkommt. Die Ente von Vaucanson (Abbildung 3) war ein beeindruckender Automat, bei dem der mechanische Vogel auf der Suche nach Nahrung watschelte, Samen aufnahm und dann verschlang. Es war unmöglich, ihn von einem echten Vogel zu unterscheiden.

Abbildung 3: Das Innere der Ente von Vaucanson (Automato). (Bildquelle: Scientific American Band 80 Nummer 03, Januar 1899)

Der wirkliche Durchbruch in der Robotik kam 1954, als George Devol Unimate (Abbildung 4), den ersten programmierbaren Roboter, entwickelte. Dies hat die Fertigung für immer verändert, insbesondere in der Automobilindustrie.

Abbildung 4: Unimate schenkt einem Menschen Kaffee ein, 1967. (Bildquelle: Wikipedia)

Erinnern Sie sich an ASIMO aus den frühen 2000er Jahren (Abbildung 5)? Hondas humanoider Roboter brachte uns den Science-Fiction-Träumen einen Schritt näher. Außerdem dürfen wir die erste Roboterbürgerin der Welt, Sophia, nicht vergessen. Im Jahr 2017 erhielt sie die saudi-arabische Staatsbürgerschaft und setzte damit einen Meilenstein im Bereich der Robotik. Mit seinem fortschrittlichen Hydrauliksystem und 28 Freiheitsgraden zeigt der Atlas von Boston Dynamics eine bemerkenswerte Mobilität und demonstriert das Potenzial von Robotern zur Unterstützung in gefährlichen Umgebungen.

Abbildung 5: ASIMO spielt Fußball mit Barack Obama. (Bildquelle: Jim Watson/getty images)

Eine weitere herausragende Kreation von Boston Dynamics ist Spot (Abbildung 6), ein vierbeiniger Roboter, der auf Vielseitigkeit und Anpassungsfähigkeit ausgelegt ist. Dank KI und maschinellem Lernen können Roboter heute in komplexen Umgebungen navigieren, Entscheidungen treffen und sogar aus Erfahrungen lernen.

Abbildung 6: Boston Dynamics Spot in Aktion. (Bildquelle: Boston Dynamics)

Verschiedene Arten von Robotern, die wir bauen und verwenden

Roboter sind nicht nur Industriegiganten oder futuristische Konzepte - sie sind Werkzeuge, die in unseren Werkstätten zum Leben erweckt werden können. Im Folgenden finden Sie eine kurze Übersicht über die wichtigsten Robotertypen.

1. Industrieroboter: Sie sind die Arbeitstiere der Fabriken und erledigen Aufgaben wie Schweißen, Lackieren und Montage. Kollaborative Roboter, so genannte Cobots, arbeiten sicher mit Menschen zusammen und machen die Fertigung flexibler und sicherer. Diese gibt es in verschiedenen Größen und Kapazitäten, aber sie fallen hauptsächlich in die Kategorie der Roboterarme (Abbildung 7). Eine Miniaturversion des Roboterarm-Mechanismus, die Sie heute kaufen können, finden Sie im AGILUS KR 6 R900-2 Robot Kit von KUKA.

Abbildung 7: Industrieller Roboterarm beim Zusammenbau eines Zylinderblocks. (Bildquelle: Kuka Robotics)

2. Serviceroboter: Vom Staubsaugen im Haushalt bis zur Unterstützung von Chirurgen - Serviceroboter machen das Leben einfacher und effizienter. Im Gesundheitswesen helfen sie sogar Ärzten, präzise Operationen durchzuführen. Das Roboterchirurgiesystem Da Vinci kann als Pionier auf dem Gebiet der telemanipulierten Roboteroperationen angesehen werden (Abbildung 8).

Abbildung 8: Telemanipulierte robotische Chirurgiegeräte (Bildquelle: MADvertise/Shutterstock)

3. Mobile Roboter:  Diese Roboter können sich bewegen! Denken Sie an autonome Drohnen, Rover und Roboter mit Rädern oder Beinen, die schwierige Umgebungen erkunden - vom Lagerhaus bis zum Mars. Diese Roboter erobern Land, Wasser und Luft. Sie können in verschiedenen Modi betrieben werden, z. B. im manuellen Telebetrieb, im bewachten Telebetrieb (bei dem sie Hindernissen ausweichen können, aber unter menschlicher Kontrolle stehen) oder im rein autonomen Navigationsmodus.

Autonome mobile Roboter (AMR) (Abbildung 9) können sich mithilfe moderner Algorithmen wie der simultanen Positionsbestimmung und Kartierung (SLAM) oder kartenbasierter Navigationstechniken selbständig fortbewegen. Sie sind in der Lage, Hindernisse zu erkennen, den kürzesten Weg anhand einer Karte zu finden und Hindernisse zu umfahren, um von A nach B zu gelangen - und das alles ohne menschliches Zutun. Sie können sogar Roboterarme oder andere Werkzeuge tragen, um die Welt um sie herum zu manipulieren. Weitere Informationen finden Sie in diesem Blog über autonome mobile Roboter oder in diesem Video.

Abbildung 9: Mobiler Roboter Hermes von SLAMTEC. (Bildquelle: Slamtec)

4. Humanoide Roboter: Humanoide sind Roboter, die dem Menschen ähnlich sind. Sie haben den Vorteil, dass sie die Welt um sie herum besser handhaben können, da wir Menschen alles so konzipiert haben, dass es von einem menschlichen Formfaktor aus zugänglich ist. Humanoide Roboter wie Atlas von Boston Dynamics, Honda Asimo und Sophia sind nicht nur cool anzusehen, sondern sie verschieben die Grenzen der Mobilität und Interaktion. Humanoide befinden sich zwar noch in der Entwicklungsphase, doch das Anwendungspotenzial ist enorm, insbesondere in Bereichen wie Pflege, Bildung und Automatisierung der Hausarbeit.

5. Soziale Roboter (Abbildung 10): Diese Roboter sind so konzipiert, dass sie auf einer emotionalen Ebene mit uns interagieren. Sie sind Begleiter für ältere Menschen, Nachhilfelehrer für Kinder und sogar Kundendienstmitarbeiter. Es ist unglaublich, wie sie KI mit menschenähnlichem Verhalten vermischen. Einige der sozialen Roboter könnten auch in die Kategorie der Humanoiden fallen, müssen es aber nicht.

Abbildung 10: Der soziale Roboter Jibo interagiert mit einem Kind. (Bildquelle: devicedaily.com)

Abgesehen von diesen breiteren Kategorien gibt es Schwarmroboter, Softroboter, Exoskelette und Roboterprothesen, um nur einige weitere Robotersysteme zu nennen. Schwarmroboter sind Miniaturroboter, die in großen Gruppen zusammenarbeiten und das Verhalten sozialer Insekten wie Ameisen oder Bienen nachahmen, um komplexe Aufgaben zu bewältigen. Softroboter bestehen aus flexiblen Materialien, die es ihnen ermöglichen, durch enge Räume zu navigieren und sicher mit Menschen zu interagieren. Exoskelette sind tragbare Roboteranzüge, die die menschliche Kraft und Mobilität verbessern und häufig in der Rehabilitation und in der Industrie eingesetzt werden. Roboterprothesen sind moderne künstliche Gliedmaßen, die Amputierten ihre Funktionalität zurückgeben und ihnen eine bessere Lebensqualität bieten.

Wie verändert die Robotik unsere Welt?

Roboter haben bereits einen großen Einfluss auf unser Leben genommen. In der Fertigung haben sie die Prozesse optimiert und die Arbeitsplätze sicherer gemacht. Im Gesundheitswesen helfen sie in allen Bereichen, von der Chirurgie bis zur Rehabilitation. Die Landwirtschaft ist ein weiterer Bereich, in dem die Robotik auf dem Vormarsch ist - sie automatisiert Aufgaben wie das Pflanzen, Ernten und Überwachen von Nutzpflanzen, um die Welt zu ernähren.

Vergessen wir nicht die lebensrettende Rolle, die sie in gefährlichen Umgebungen spielen. Roboter entschärfen Bomben, erforschen Tiefseegräben und verwalten sogar Nuklearmaterial.

Herausforderungen für die Robotik

Natürlich läuft nicht alles glatt. Wir stehen immer noch vor großen Herausforderungen:

• Mobilität und Geschicklichkeit: Es ist nicht einfach, Roboter dazu zu bringen, sich wie Menschen zu bewegen oder sich in schwierigem Gelände zurechtzufinden. Ingenieure arbeiten ständig daran, ihr Gleichgewicht, ihre Flexibilität und ihre Kontrolle zu verbessern. Ja, es ist immer noch eine Herausforderung, Roboter in die Lage zu versetzen, all die verschiedenen Terrains zu durchqueren, die ein Mensch durchqueren kann, wie Schnee, Pfützen, Berge und Treppen. Wenn wir jedoch in die Geschichte zurückblicken, war selbst das Gehen auf zwei Beinen für Roboter eine Herausforderung. Doch jetzt gibt es Roboter wie „Atlas“, die Parkour (Abbildung 11) und Rückwärtssaltos machen können. Wir sind also auf dem besten Weg, und es ist nur eine Frage der Zeit, bis wir einen Roboter sehen, der sich in jedem Gelände bewegen kann, und zwar autonom.

Abbildung 11: Atlas-Roboter von Boston Dynamics beim Parkour. (Bildquelle: Boston Dynamics)

Wahrnehmung und schnelle Entscheidungsfindung: Roboter müssen Sinnesdaten verarbeiten und in Sekundenbruchteilen Entscheidungen treffen. Autonome Fahrzeuge sind ein Paradebeispiel: Sie müssen Hindernisse erkennen und ihre Bewegungen genau vorhersagen. Es ist ein schwieriges Problem, bei dem wir aber Fortschritte machen. Die Fortschritte bei 5G und Netzwerken mit geringer Latenz haben in der Tat neue Möglichkeiten für die Remote-Verarbeitung eröffnet, die es Robotern ermöglichen, komplexe Berechnungen auf leistungsfähigere Hardware zu übertragen, die sie selbst nicht tragen können.

Ethische Überlegungen: Mit der zunehmenden Verbreitung von Robotern müssen wir uns Gedanken über das Gesamtbild machen. Wie gehen wir mit der Verdrängung von Arbeitsplätzen, Bedenken hinsichtlich des Datenschutzes und dem ethischen Einsatz von KI um? Nach der technologischen Singularität (Abbildung 12), bei der die Maschinen die menschliche Intelligenz übertreffen, gibt es noch einige Unklarheiten darüber, was zu erwarten ist. Auf der einen Seite steht die Angst vor einem KI-Armageddon, bei dem unkontrollierbare superintelligente Maschinen existenzielle Risiken für die Menschheit darstellen könnten. Andererseits besteht die Hoffnung, dass die KI zu einem wohlwollenden Begleiter werden könnte, der bei der Lösung kritischer Probleme wie der Klimakrise hilft. Die Zukunft bleibt ungewiss, und vieles hängt davon ab, wie wir diese fortschrittlichen Technologien entwickeln und regulieren.

Abbildung 12: Darstellung von zwei möglichen Szenarien der posttechnologischen Singularität. (Bildquelle: AI generated)

Wie geht es weiter mit der Robotik?

Die Zukunft sieht spannend aus. Wir bewegen uns auf eine Welt zu, in der Roboter unsere Partner in allem sein werden. Von der Unterstützung am Arbeitsplatz über die Erkundung unbekannter Gebiete bis hin zu Unterhaltung und Begleitung - die Möglichkeiten sind endlos.

• Intelligentere KI: Das maschinelle Lernen erschließt neue Möglichkeiten. Künftige Roboter werden komplexere Aufgaben übernehmen und sogar Probleme kreativ lösen. Stellen Sie sich einen Roboter vor, der jedes Mal, wenn er mit Ihnen arbeitet, lernt und sich verbessert!
• Mensch-Roboter-Kollaboration: In der Werkstatt der Zukunft werden Roboter und Menschen Seite an Seite arbeiten, wobei jeder seine Stärken ausspielt. Cobots (kollaborative Roboter) werden sich wiederholende oder riskante Aufgaben übernehmen, so dass wir uns auf die kreativen und strategischen Aufgaben konzentrieren können.
• Erforschung des Weltraums: Roboter erforschen bereits den Mars, und das ist erst der Anfang. Roboter könnten eines Tages beim Bau von Strukturen auf anderen Planeten helfen. Das klingt doch genial, oder?

Letzte Überlegungen: Warum wir Roboter bauen

Roboter sind mehr als nur Maschinen, sie sind ein Beweis für menschlichen Einfallsreichtum und Kreativität. Ganz gleich, ob Sie gerade erst anfangen oder die Grenzen des Machbaren ausloten, die Robotik bietet unendlich viele Möglichkeiten, zu lernen, innovativ zu sein und etwas zu bewirken. Lassen Sie uns also weiter bauen, experimentieren und träumen und gleichzeitig verantwortungsbewusst mit den zukünftigen Auswirkungen dieser Entwicklungen umgehen. Die Möglichkeiten sind grenzenlos, und das Beste steht uns hoffentlich noch bevor.

Weiterführende Literatur:

• Roboter: Du benutzt dieses Wort immer wieder, aber es bedeutet nicht das, was du denkst, dass es bedeutet | Hackaday
• Der kuriose Ursprung des Wortes 'Roboter' - Interessante Literatur
• Roboter | Definition, Geschichte, Verwendungen, Typen und Fakten | Britannica
• KI-Armageddon und die drei Gesetze der Robotik
• Die ultimative Zeitleiste der Technologie der künstlichen Intelligenz - AIPRM
• Technologische Singularität - Wikipedia