Vom Hype zur Realität am Shopfloor: Neue Entwicklungen für effizienteres Engineering von Roboterapplikationen

Herr Dr. Kraus, am Fraunhofer IPA befassen Sie sich seit Jahren intensiv mit Chancen und Möglichkeiten der Robotik. Wo stehen wir in Anwendungen für die Fertigungsautomation aktuell?

Dr.-Ing. Werner Kraus: Um diese Frage zu beantworten, lohnt sich zunächst ein Blick auf die zeitliche Perspektive. In den USA rückten Themen wie Deep Learning ab etwa 2012 stark in den Fokus, in Deutschland und Europa kam dieser Trend einige Jahre später an. Seitdem haben wir vor allem in der Bildverarbeitung enorme Sprünge gemacht. Dies hat viele neue Automatisierungsmöglichkeiten eröffnet. Aber die eigentliche Herausforderung ist heute nicht mehr die Technik an sich, sondern der Marktbedarf. In vielen Produktionsbereichen führt die Entwicklung weg vom Massenprodukt hin zu kleineren bis kleinsten Losgrößen. Das erfordert Roboter, die flexibel für wechselnde Produkte geeignet sind, ohne dass ein Ingenieur jedes Mal viel Zeit und Aufwand investieren müsste, um den Prozess jeweils neu zu programmieren. Um dieses Thema zu lösen, gibt es grundsätzlich zwei Möglichkeiten: Entweder wird der Roboter selbst viel autonomer oder wir machen den Engineering-Prozess im Vorfeld so effizient, dass die Komplexität beherrschbar bleibt.

Das heißt, der Ingenieur wird eher zum Kurator von KI-Ergebnissen? Verändert das nicht das gesamte Berufsbild massiv?

Dr.-Ing. Werner Kraus: In der Tat, der Weg führt vom tiefen Eintauchen in Robotics Foundation Models hin zu einer fast schon beratenden oder unternehmerischen Funktion. Die Kernkompetenz für Ingenieure wird es in Zukunft sein, den Praxisbezug sicherzustellen und die eigentliche Kundenanforderung im Detail zu durchdringen. Denn nur so kann die Robotik maßgeschneiderte Lösungen ermöglichen.
 

Wenn wir über neue Technologien sprechen, kommen wir an Robotics Foundation Models und Open-Source-Ansätzen nicht vorbei. Wie schätzen Sie deren Reife für den industriellen Einsatz ein?

Dr.-Ing. Werner Kraus: Die aktuellen Vision-Language-Action-Modelle erreichen Erfolgsraten von etwa 80 Prozent. Das ist zweifelsohne beeindruckend, aber für eine hochpräzise Fertigung eben noch nicht ausreichend. Hier kommt die Demokratisierung der Robotik ins Spiel. Diese verfolgt dasselbe Prinzip wie IKEA: Der Endanwender nimmt den Roboter selbst in Betrieb, weil die Systeme so intuitiv geworden sind. Manchmal hakt es vielleicht in der Praxis noch, aber in jedem Fall ist man nachher über das Ergebnis stolz und ist um einige Erfahrungen reicher. Vor zehn Jahren brauchte man für einfache Palettieraufgaben noch einen Systemintegrator oder gar Experten etwa vom Fraunhofer-Institut. Heute macht das der Mittelständler selbst, SI und IPA ebnen den Weg für die nächsten anspruchsvollen Automatisierungslösungen. Die KI ermöglicht uns jetzt zusätzlich, Prozesse anzugehen, die früher sofort ausgeklammert worden wären, etwa das Handling von biegeschlaffen Teilen oder verhakten Komponenten. Der Roboter programmiert sich über die KI-Modelle in gewisser Weise selbst.
 

Ein Schwerpunkt Ihres Vortrags wird sich mit dem Thema Nachhaltigkeit befassen. Wie kann KI-basierte Robotik konkret zur Kreislaufwirtschaft beitragen?

Dr.-Ing. Werner Kraus: Die Kreislaufwirtschaft bildet ein perfektes Spielfeld für KI. In der Montage ist jedes Teil neu, kann beispielsweise von Bildverarbeitungssystemen bestens erkannt werden und passt perfekt. In der Demontage etwa von Elektroautobatterien hingegen spielen Faktoren wie Verschleiß, Rost und Beschädigungen eine zentrale Rolle. Ein Mensch nutzt beim Zerlegen auch keine Anleitung, sondern seine Erfahrung. Genau dieses Vorwissen kann auch dem Roboter mitgegeben werden, wie etwa das Pilotprojekt „Demobat“ zur Batteriedemontage zeigt. Dabei geht es aber nicht nur um Fragen der Effizienz, sondern insbesondere der Sicherheit. Batterien können explodieren, Stichwort Thermal Runaway. Ein Roboter, der diese Aufgaben übernimmt und dabei flexibel auf den Zustand der Batterie reagiert, ist ein echter Gamechanger. Zudem zwingen EU-Recyclingquoten unter anderem für Lithium dazu, diese Prozesse zu automatisieren, weil das Volumen der Rückläufer in den kommenden Jahren massiv ansteigen wird.
 

Zudem setzen Sie gezielt auf eine „Blue Ocean Strategie“. Können Sie uns ein Beispiel dafür geben, wo Robotik heute jenseits der klassischen Werkshalle erfolgreich ist?

Dr.-Ing. Werner Kraus: Diese Strategie zielt darauf ab, sich auf Märkte zu konzentrieren, in denen noch keine „Haie“ schwimmen, also wo noch kein hoher Wettbewerbsdruck besteht – anders als beispielsweise in der Automobilindustrie. Ein treffendes Beispiel ist die Lösung für den Pferdereitplatz, die wir für einen Hof in Ludwigshafen entwickelt haben. Ein Roboter zieht hier abends den Platz ab – eine Arbeit, die früher manuell mit dem Traktor erledigt wurde. Das System ist von der Navigation her simpel, aber der Nutzen ist sofort greifbar: Der Betreiber spart jeden Tag ein bis zwei Stunden. Die Resonanz war gewaltig, über 1,7 Millionen Views auf Facebook hat dieses Referenzprojekt in kurzer Zeit erzielt. Inzwischen wurde von dieser Lösung eine Kleinserie aufgelegt, das Interesse in diesem Anwendersegment ist groß. Eine vergleichbare Technologie nutzen wir beispielsweise für den Rheinmetall Konzern im ROX-Projekt, um den Werksverkehr in Munitionsfabriken zu automatisieren. Der Unterschied liegt dabei jeweils nicht in der Programmierung, sondern in der Identifizierung des echten Bedarfs und den individuellen Anforderungen in unterschiedlichsten Applikationen.

China investiert umfassende Ressourcen in die Entwicklung humanoider Roboter. Wie bewerten Sie das Risiko, dass wir in Deutschland und Europa technologisch den Anschluss verlieren?

Dr.-Ing. Werner Kraus: Es klingt bizarr, doch China nutzt humanoide Tanzroboter tatsächlich als Lernplattform. Das ist zwar nicht unmittelbar wertschöpfend, aber es bringt in kurzer Zeit viele Erfahrungen und Lerneffekte zur Weiterentwicklung und Robustheit unter realen Bedingungen. Der Vorteil in Deutschland und Europa liegt im jahrzehntelangen Produktionswissen, das für die Weiterentwicklung der Robotik von zentralem Nutzen ist. Doch die Halbwertszeit dieses Wissens schrumpft. Anders gesagt: Wir müssen raus aus dem Labor und rein in die Anwendung, auch wenn es am Anfang nicht die perfekte 100-Prozent-Lösung ist. Das Potenzial in Europa ist da, die Finanzierungsrunden werden größer und die Dynamik in der Robotik-Entwicklung zieht spürbar an.