Humanoide Roboter gelten als vielversprechender Ansatz für künftige Automatisierungslösungen in Industrie, Logistik und Produktion. Zwischen medialer Aufmerksamkeit und tatsächlicher industrieller Einsetzbarkeit besteht jedoch häufig eine große Lücke. Um Unternehmen eine objektive Bewertung der Leistungsfähigkeit, Sicherheit und Praxistauglichkeit humanoider Roboter zu ermöglichen, hat das Fraunhofer IPA einen standardisierten Benchmark entwickelt. Hersteller und Anwender können damit humanoide Roboter anhand relevanter Kriterien wie Energieeffizienz, Cyber-Sicherheit, Reinraumtauglichkeit und funktionaler Sicherheit analysieren und vergleichen lassen.
Humanoide Roboter zwischen Hype und industrieller Realität
Humanoide Roboter sind derzeit eines der meistdiskutierten Themen der Robotik. Ihre menschenähnliche Gestalt und spektakuläre Demonstrationen sorgen regelmäßig für Aufmerksamkeit. Für Unternehmen stellt sich jedoch die Frage, welche Systeme tatsächlich für industrielle Anwendungen geeignet sind. „Für Endanwender sowie Hersteller ist ein Blick hinter die mitunter von Marketingagenturen aufgebaute Fassade essenziell“, erklärt Simon Schmidt, Geschäftsbereichsleiter Automatisierte Systeme am Fraunhofer IPA. Der Markt sei derzeit zu volatil und intransparent, um humanoide Roboter allein auf Basis öffentlich verfügbarer Informationen fundiert bewerten zu können. Um hier mehr Transparenz zu schaffen, hat das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung einen umfassenden Benchmark entwickelt. Dieser ermöglicht erstmals eine standardisierte und wissenschaftlich fundierte Bewertung humanoider Roboter nach anwendungsrelevanten Kriterien.
Benchmark bewertet humanoide Roboter nach Industriestandards
Der Benchmark ist als standardisierte Dienstleistung aufgebaut. Forschungsteams des Fraunhofer IPA führen humanoide Roboter durch unterschiedliche Testszenarien und werten die Ergebnisse wissenschaftlich aus. Die modulare Struktur erlaubt es Herstellern, Endanwendern und Softwareanbietern, gezielt diejenigen Bereiche zu analysieren, die für ihre jeweilige Anwendung relevant sind. Wo möglich, orientiert sich das Verfahren an etablierten Industriestandards wie ISO 14644 für Reinraumtauglichkeit oder ISO 10218 und ISO TS 15066 für funktionale Sicherheit.
Sechs Kriterien für die Bewertung
Der Benchmark umfasst sechs zentrale Analysebereiche:
- Technologien und Basisfähigkeiten: Untersucht werden unter anderem Sensorik, KI-Modelle, Greifersysteme, Laufgeschwindigkeit, Greifkräfte und handhabbare Lasten. Die Messungen erfolgen mit 3D-Tracking-Systemen und Kraftsensoren.
- Komplexe Fähigkeiten: Hier stehen praxisnahe Aufgaben wie Treppenlaufen, Hindernisüberwindung, Bewegungsgenauigkeit, Kraftregelung und Reaktionsgeschwindigkeit im Mittelpunkt. Die Tests sind bewusst anspruchsvoll gestaltet, um auch zukünftige Robotergenerationen vergleichbar bewerten zu können.
- Reinraumtauglichkeit: Bewertet werden Partikelemissionen, Ausgasungsverhalten und Reinigbarkeit nach relevanten Normen. Dies ist insbesondere für Anwendungen in der Halbleiter-, Pharma- oder Lebensmittelindustrie von Bedeutung.
- Funktionale Sicherheit: Im Fokus stehen Stabilität, Kollisionsverhalten, Hinderniserkennung und das Verhalten bei Systemausfällen. Die Untersuchungen orientieren sich an etablierten Sicherheitsanforderungen für die Mensch-Roboter-Kollaboration.
- Cybersicherheit: Vier Module analysieren Schwachstellenmanagement, sicheren Produktlebenszyklus, Netzwerksicherheit und Widerstandsfähigkeit gegenüber Angriffen.
- Energieeffizienz: Hier werden Batterielaufzeit und Leistungsaufnahme in unterschiedlichen Betriebsszenarien untersucht, beispielsweise beim Stehen, Gehen oder beim Transport von Lasten.
Erste Ergebnisse am Beispiel eines humanoiden Roboters
Als erstes System wurde der humanoide Roboter „Unitree G1” umfassend analysiert. Grundlage war ein „Unitree G1 EDU-4” mit „Dex3-1”-Dreifingerhänden und Firmware-Version 1.04. Die Untersuchungen zeigten sowohl Stärken als auch Schwächen. Positiv bewerteten die Forscher die Selbststabilisierung des Systems sowie die mögliche Eignung für Reinräume der ISO-Klasse 5. Gleichzeitig wurden deutliche Einschränkungen sichtbar. Bei Kollisionen konnten Kräfte von mehr als 500 Newton auftreten und damit Werte, die über den in Normen definierten Schmerzschwellen liegen. Darüber hinaus identifizierte das Fraunhofer IPA eine Bluetooth-Sicherheitslücke, die eine vollständige Fernsteuerung des Roboters ermöglicht hätte. Die Schwachstelle wurde inzwischen behoben. Auch die Energieeffizienz wurde untersucht. Die maximale Betriebszeit betrug mit einer Akkuladung zwei Stunden und 49 Minuten im Standbetrieb sowie eine Stunde und 49 Minuten in einem typischen Einsatzszenario mit Steh- und Laufphasen.
Humanoide Roboter benötigen verlässliche Bewertungsgrundlagen
Nach Einschätzung des Fraunhofer IPA wird die Bedeutung humanoider Roboter in den kommenden Jahren weiter zunehmen. Gründe dafür sind unter anderem der demografische Wandel, steigende Automatisierungsanforderungen sowie der zunehmende Fachkräftemangel. Gleichzeitig stehen Unternehmen vor hohen Investitionsentscheidungen und benötigen belastbare Daten zur Bewertung möglicher Einsatzszenarien. Hinzu kommen steigende regulatorische Anforderungen an Sicherheit und Cybersicherheit sowie die Notwendigkeit, sensible Produktionsumgebungen zuverlässig vor Kontaminationen zu schützen. „Anwender können die Ergebnisse direkt interpretieren und so den richtigen Humanoiden für die richtige Anwendung finden“, ergänzt Werner Kraus, Forschungsbereichsleiter am Fraunhofer IPA.
Vergleichsdatenbank geplant
Mit dem Benchmark will das Fraunhofer IPA langfristig mehr Transparenz in den Markt bringen. Geplant ist der Aufbau einer Vergleichsdatenbank, die die Ergebnisse unterschiedlicher humanoider Roboter systematisch gegenüberstellt. Hersteller, Anwender und Softwareanbieter können bereits heute einzelne Benchmark-Module oder vollständige Untersuchungen beauftragen. Ziel ist es, realistische Erwartungen an humanoide Roboter zu schaffen und fundierte Entscheidungen für zukünftige Automatisierungsprojekte zu ermöglichen.
