Humanoide Roboter

Was sind Humanoide Roboter, auch menschenähnliche Roboter genannt, und was unterscheidet sie von anderen Robotertypen? In diesem artikel gehen wir der Frage auf den Grund. Die Entwicklung der humanoiden Roboter wird vor allem in den USA und China mit Hochdruck vorangetrieben. Die Spezialisten träumen davon, menschliche Roboter im Gesundheitswesen, in Privathaushalten, in der Industrie und sogar im Weltraum einzusetzen. Die technischen Fortschritte sind atemberaubend. Vieles, was jetzt state-of-the-art ist, kann Ende des Jahres bereits wieder überholt sein. Doch was sind humanoide Roboter eigentlich? Was können sie, wo finden sie Verwendung? Das erklären wir kurz und knapp.

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Was sind humanoide Roboter?

Humanoide Roboter sind Roboter, die wie ein Mensch gestaltet sind. Sie haben häufig einen Kopf, zwei Arme und zwei Beine. Einer der derzeit weltweit fortschrittlichsten Modelle heißt Ameca. Entwickelt wurde sie für die Interaktion mit Menschen, zu Unterhaltungs- und Forschungszwecken. Ameca ist mit Künstlicher Intelligenz, einem AB – Artificial Body – sowie einer Gesichtserkennungssoftware ausgestattet. In den Augen befinden sich Kameras, in den Ohren je ein Beamforming-Mikrofon. Der Körper des Roboters besitzt zahlreiche Sensoren. So kann Ameca ihre Position ermitteln und die Kraft in Fingern, Armen und Oberkörper dosieren. Allein Amecas Kopf enthält über zwanzig Motoren, um menschliche Gesichtsbewegungen nachzuahmen. Ihr Blick folgt Personen. Damit dieses Verhalten nicht beunruhigend wirkt, ist Ameca auffällig als Roboter gestaltet. Die Mechanik ist sichtbar, das Gesicht schlicht grau gefärbt. Ameca verwendet große Sprachmodelle wie ChatGPT 4, um Menschen zu verstehen und mit ihnen zu interagieren. Ihre Verarbeitungsleistung ist nicht bekannt, doch zum Vergleich: Der Roboter Navy AI Navigator 2 aus China hat eine Verarbeitungsleistung von fast dreihundert Milliarden Operationen pro Sekunde. In diesen Bereichen dürfte sich auch Ameca bewegen.
Ameca läuft noch nicht, doch viele menschliche Roboter bewegen sich. Forscher in China haben ein KI-System entwickelt, mit dem Roboter verschiedene menschliche Bewegungen reibungslos nachahmen. Sie lernen durch Versuch und Irrtum, was ihnen gezeigt wurde. Mittlerweile führen die Roboter schwierigere Bewegungen aus und tanzen mit Menschen einen kleinen Walzer.

Artificial Body – Der künstliche Körper eines humanoiden

Ein Artificial Body (künstlicher Körper) bei Robotern bezeichnet den physischen Teil eines Roboters, der seine äußere Struktur und Gestalt bildet. Es handelt sich dabei um die „Hardware“ des Roboters, die für verschiedene Funktionen und Aufgaben entworfen wurde. Der Artificial Body ist das Gegenstück zur „künstlichen Intelligenz“ (AI), die die Software und Steuerlogik des Roboters umfasst.

Bestandteile eines Artificial Body

1. Mechanische Struktur
   • Skelett: Der Rahmen oder die tragende Struktur (z. B. Metall oder Kunststoff).
   • Gelenke: Ermöglichen Bewegung wie bei Armen, Beinen oder anderen Gliedmaßen.
   • Oberflächenmaterial: Kann aus Metall, Kunststoff oder sogar hautähnlichen Materialien (z. B. Silikon) bestehen.
2. Antriebssysteme
   • Motoren (elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch) sorgen für Bewegung.
   • Sensoren für präzise Steuerung und Feedback (z. B. Druck- oder Berührungssensoren).
3. Äußere Erscheinung
   • Kann funktional sein (wie bei Industrierobotern) oder menschenähnlich gestaltet (wie bei Humanoiden, z. B. Roboter mit künstlicher Haut).
4. Sensorik und Aktuatoren
   • Kameras, Mikrofone, Gyroskope, Temperatur- und Berührungssensoren helfen dem Roboter, seine Umgebung wahrzunehmen.
   • Aktuatoren setzen Signale in physische Bewegungen um.
5. Interne Komponenten
   • Batterien oder Energiequellen für die Stromversorgung.
   • Prozessoren und Chips für Kommunikation mit der Steuerungseinheit.

Ziele eines Artificial Body

• Funktionalität: Die Fähigkeit, spezifische Aufgaben zu erledigen (z. B. Montagearbeiten, Pflegeassistenz).
• Interaktion: In humanoiden Robotern oft darauf ausgelegt, menschliche Mimik und Gestik zu imitieren.
• Ergonomie: Anpassung an die Umgebung und die Aufgabe, oft unter Berücksichtigung von Gewicht, Größe und Form.
• Realismus: Bei sozialen Robotern oder Androiden (menschenähnliche Roboter) soll der künstliche Körper Menschen möglichst ähneln.

Ein Beispiel eines Artificial Body ist bei Robotern wie Boston Dynamics‘ Spot (ein funktionaler Roboterhund) oder Sophia von Hanson Robotics (ein humanoider Roboter mit Gesichtsmimik) zu sehen.

Wofür werden menschliche Roboter eingesetzt?

Arbeitsroboter sind perfekte Helfer, denn sie sind unermüdlich und präzise im Einsatz, können schwere, gefährliche und schmutzige Arbeiten erledigen. Doch es gibt zahllose weitere Einsatzmöglichkeiten.

Haushalt

Der Privathaushaltssektor ist ein riesiges Geschäftsfeld. In einer alternden Bevölkerung steigt die Nachfrage nach Robotern, die bei täglichen Aufgaben unterstützen. Der Astrobot S1 von Stardust Intelligence etwa ist konzipiert, um verschiedene Aufgaben im Haus zu übernehmen. Er kann kochen, putzen und sogar Wäsche zusammenlegen. Seine Fingerfertigkeit ist beeindruckend. Er bewältigt komplizierte Tätigkeiten, schneidet Gemüse oder wendet Pfannkuchen. Das Modell 1X Neo kann mit seinen fünffingerigen Händen sogar problemlos zerbrechliche Gegenstände wie Weingläser oder Eier aufheben.
Herausragend beim Astrobot ist seine Fähigkeit, durch Imitation zu lernen, sprich menschliche Handlungen nachzuahmen. Dadurch wird der Roboter anpassungsfähig, er kann komplexe Tätigkeiten lernen und bewältigen.

Pflege

Fourier Intelligence konzentriert sich vor allem auf humanoide Roboter, die älteren Menschen bei Mobilitäts- und täglichen Pflegeaufgaben helfen. Das Modell GR-2 zeigt emotionale Intelligenz, eine weitere bahnbrechende Entwicklung in dieser an Sensationen wirklich nicht armen Branche. Der emotionale Roboter analysiert Gesichtsausdrücke, Stimmlagen und andere nonverbale Hinweise. So kann er menschliche Emotionen erkennen und darauf reagieren. Er interagiert natürlicher mit Menschen – eine Fähigkeit, die in der Pflege nicht hoch genug eingeschätzt werden kann.
Doch nicht nur seine emotionale Intelligenz prädestiniert den GR-2 dafür, ältere oder hilfsbedürftige Menschen zu unterstützen. Sein KI-gesteuertes Gehirn verwendet neuronale Netzwerke. Es ahmt also menschliche kognitive Prozesse nach. Somit ist der GR-2 nicht auf vorprogrammierte Aufgaben beschränkt. Der Roboter kann lernen, sich dynamisch an seine Umgebung anpassen und auf neue Situationen reagieren. Das ist eine unabdingbare Eigenschaft, um mit Menschen erfolgreich zusammenzuarbeiten. In Zukunft könnte er sogar Menschen Gesellschaft leisten, denn der GR-2 kann mit der Zeit die Vorlieben und Routinen des Benutzers lernen.
Auch seine Wahrnehmung der Umwelt und die Fähigkeit zu navigieren sind bei dem Roboter auf dem neuesten technischen Stand. Er besitzt das kamerabasierte Pure Vision-System mit sechs RGB-Kameras und einer 360°-Ansicht. Dieses System erzeugt in Echtzeit Bilder aus der Vogelperspektive, so identifiziert und verfolgt der GR-2 verschiedene Objekte. Auch in komplexen Umgebungen navigiert der Roboter sicher und genau. Ein verschobenes Sofa, ein umgestellter Rollstuhl oder eine Handtasche am Boden stellen kein Problem dar. Die Fingerfertigkeit des GR-2 wurde weiter verbessert, und er lässt sich per VRN sogar fernsteuern.

Industrie

Viele große Industrienationen sehen sich einer alternden Bevölkerung gegenüber und müssen einen zunehmenden Arbeitskräftemangel kompensieren. Daher sollen Roboter komplexe Aufgaben etwa in der Fertigung übernehmen. Der Roboter Walker S1 kann Lasten von bis zu 15 Kilo tragen und mit automatisierten Fahrzeugen zusammenarbeiten. In China testen Autohersteller wie Neo und Dong Fang solche Modelle, um Montageprozesse und Qualitätskontrolle zu verbessern. Figure 02 wurde bereits in industriellen Umgebungen wie der Produktionslinie von BMW in Spartanburg getestet. Er setzte hier präzise Blechteile ein. Arbeitsroboter werden Branchen wie das Baugewerbe, die Fertigung und die Logistik für immer verändern.

Katastrophenhilfe

Tesla hat mit dem „Tesla Bot“ einen humanoiden Roboter entwickelt, der die Grenzen der Robotik in neue Sphären verschieben könnte. Dieser Roboter, offiziell „Optimus“ genannt, wurde erstmals 2021 von Tesla-Gründer Elon Musk vorgestellt und hat seither weltweites Interesse geweckt. Optimus ist mehr als nur ein technisches Spielzeug – er wurde speziell dafür konzipiert, Menschen in schwierigen und potenziell gefährlichen Situationen zu unterstützen, darunter auch in der Katastrophenhilfe.

Der Tesla Bot ist humanoid gestaltet, um in einer von Menschen entworfenen Welt optimal agieren zu können. Er misst etwa 1,73 Meter, wiegt rund 57 Kilogramm und verfügt über einen menschähnlichen Bewegungsapparat. Dies erlaubt ihm, Treppen zu steigen, schwere Gegenstände zu tragen und sich durch komplexe Umgebungen zu bewegen. Der Roboter ist mit Kameras und Sensoren ausgestattet, die eine 360-Grad-Wahrnehmung seiner Umgebung ermöglichen. Er wird von der selben KI-Software gesteuert, die Teslas autonome Fahrzeuge antreibt, was ihm ein hohes Maß an Anpassungsfähigkeit und Entscheidungsfindung verleiht.

Eine der spannendsten Anwendungen für den Tesla Bot ist die Katastrophenhilfe. Naturkatastrophen wie Erdbeben, Überschwemmungen oder Waldbrände stellen oft extreme Herausforderungen dar, die für menschliche Retter gefährlich sein können. Hier könnte der Tesla Bot eine entscheidende Rolle spielen:

1. Such- und Rettungseinsätze: Der Tesla Bot könnte Trümmerfelder durchqueren, um nach Überlebenden zu suchen, ohne selbst in Gefahr zu geraten. Seine humanoide Form erlaubt es ihm, sich an unwegsame Gelände anzupassen und Objekte zu bewegen, die den Zugang zu Verschütteten blockieren.
2. Logistik und Versorgung: In Katastrophengebieten fehlt es oft an grundlegender Infrastruktur. Optimus könnte Nahrung, Wasser oder medizinische Versorgung an schwer zugängliche Orte bringen.
3. Gefahrenanalyse: Der Roboter könnte durch Sensoren chemische, biologische oder andere Gefahrenstoffe erkennen und so Rettungsteams vor potenziellen Risiken warnen.

Der Weltraum

1997 sah die ganze Welt einmalige Bilder, die der kleine Roboter Pathfinder vom Mars zur Erde schickte. In der Weltraumforschung könnten Roboter zukünftig eine Schlüsselrolle spielen. Sie sollen beim Aufbau neuer Welten helfen, Lebensräume auf dem Mars errichten und in extremen Umgebungen funktionieren. Unternehmen arbeiten deshalb fieberhaft daran, menschliche Roboter stand- und gehfest zu machen. Sie müssen das Gleichgewicht halten, wenn sie geschoben und geschubst werden und sich bei schlechten Lichtverhältnissen fortbewegen können. Generell sollen die Maschinen Hindernisse in unterschiedlicher Höhe überwinden. Ein kleiner Meilenstein ist vielleicht der XBot-L, der als erster Roboter die chinesische Mauer bezwang.
Die Weltraumforschung ist wenig strukturiert, voller Variabilität und erfordert fortgeschrittenere Fähigkeiten. Reinforcement Learning soll es den Robotern ermöglichen, Entscheidungen in unbekannten Umgebungen zu treffen.

Herausforderungen

Ein Problem humanoider Roboter ist die Akzeptanz. Nicht jeder ist von einem Roboter begeistert, der direkt auf Personen zuläuft und „Hallo“ sagt. Viele Menschen empfinden die intelligenten Maschinen als gruselig und bedrohlich. Ein weiteres sehr schwieriges Problem besteht darin, menschliche Bewegungen durch die Hardware zu simulieren. Roboter können relativ einfach einen weichen und leichten Gegenstand greifen, harte und kleine Dinge hingegen sind schwer zu fassen.
Doch der Fortschritt ist enorm. Der Begleitroboter Tora-One spürt Druck, Reibung, Weichheit und Temperatur. Er dosiert seine Bewegungen bis zu 0,05 mm und 0,01 Newton genau. Dennoch sind die Forscher derzeit weit davon entfernt, das Niveau einer menschlichen Hand zu erreichen. Ein weiteres sehr großes Hindernis ist, dass bisher kein Elektromotor ein Äquivalent zum menschlichen Muskel darstellt. Einige Hersteller versuchen daher, statt der starren Hydraulik Aktuatoren zu verwenden, die die Bewegungen geschmeidiger machen. Zudem benötigen die Roboter sehr viel Strom und damit Batterieleistung – und sie sind sehr teuer. Sechsstellige Summen sind selbstverständlich, tauglich für den Massenmarkt sind die Roboter noch nicht.

Fazit

Ein Blick in die Tabelle zeigt, dass die Idee der humanoiden Roboter nicht neu ist.

1495	Leonardo da Vinci zeichnete ein Modell des möglicherweise ersten menschlichen Roboters.
1996	P2, der erste selbstregulierende Roboter, lief auf zwei Beinen herum.
2000	Sony Dream Robots konnte zehn verschiedene Gesichter erkennen und durch Sprache und Körpersprache Emotionen ausdrücken.
2011	Robonaut 2 (R2), ein menschenähnlicher Roboter, wurde zur Internationalen Raumstation (ISS) gebracht.
2017	Hanson Robotics entwickelte Sophia, einen sozialen Roboter.
2019	Walker war möglicherweise der erste kommerziell nutzbare, zweibeinige Roboter.

Insbesondere in den letzten Jahren hat die Entwicklung unglaubliche Fortschritte gemacht. Humanoide Roboter sind – neben KI, Biotechnologie oder Genetik – ein Feld, auf dem Weichen für die Zukunft gestellt werden. Der Wettlauf zwischen den USA und China ist in vollem Gang. Das Tempo, die Innovationskraft und die Begeisterung für diese neuen Techniken sind schier grenzenlos. Menschliche Roboter könnten unbegrenzt neue Aufgaben übernehmen. Ihr Einsatz im Gesundheitswesen, in Privathaushalten, in der Industrie, im Gesundheitswesen oder in der Weltraumforschung ist denkbar. Menschliche Roboter sind zurzeit eines der spannendsten technischen Themen der Welt.

Was sind Industrieroboter?

Industrieroboter werden bisher schwerpunktmäßig in der Fertigung eingesetzt. Sie bestehen häufig nur aus einem Arm und einer Greifvorrichtung. Diese Roboter montieren, lackieren, schweißen und heben – etwa in der Fahrzeugindustrie – im Sekundentakt tonnenschwere Teile. Industrieroboter arbeiten nur in abgetrennten Bereichen, umgeben von speziellen Schutzzäunen. Entsprechend groß ist ihr Platzbedarf. Industrieroboter sind in der Regel auf bestimmte Tätigkeiten spezialisiert, die sie fehlerfrei in hohem Tempo und mit großer Präzision erledigen. Ihre Umprogrammierung ist sehr anspruchsvoll.

Was sind Cobots?

Cobots ist die Abkürzung für kollaborierende Roboter. Auch sie bestehen häufig nur aus einem Arm und einer Greifvorrichtung. Cobots sind speziell konzipiert, um neben – oder mit – einem Menschen in einem bestimmten Bereich zusammenzuarbeiten. Cobots beschicken etwa Maschinen, palettieren Komponenten und führen oft die abschließende Qualitätskontrolle durch. Aus Sicherheitsgründen arbeiten sie deutlich langsamer als Industrieroboter und sind mit zahlreichen Sensoren ausgestattet.

Andere Roboter

Natürlich gibt es noch unzählige weitere Roboter. Feuerwehrroboter sind für Rettungseinsätze und die Brandbekämpfung konzipiert. Die intelligenten Maschinen lassen sich näher am Brandherd einsetzen und werden per Fernsteuerung über Echtzeit-Videoansichten der Kameras gesteuert. Andere Roboter führen medizinische Operationen durch, helfen in der Landwirtschaft – kurz gesagt, sie lassen sich in unzähligen Bereichen einsetzen. Die Entwickler denken an alles: Der kleine Roboter Foo Foo in Katzenform wird an eine Tasse oder einen Teller geklemmt. Er pustet auf die Flüssigkeit mit einer Kühlleistung von 30° in drei Minuten.