Der fehlende Sinn in der Fabrikautomation ist der Tastsinn

Die Shadow Robot Company, ein 1997 gegründeter Robotikhersteller mit Sitz in London, der weithin als Maßstab für geschickte Roboterhände gilt, gab am 19. Oktober bekannt, dass sie ein sechsmonatiges Gemeinschaftsprojekt mit dem Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und Automatisierung IFF, einem anwendungsorientierten Forschungsinstitut mit Sitz in Magdeburg, , startet, um zu testen, ob taktile, geschickte Roboterhände Montageaufgaben in der Fertigung übernehmen können, die herkömmliche Industriegreifer nach wie vor nicht bewältigen können. Beide Organisationen sind Mitglieder des europäischen Robotikverbands euRobotics aisbl, und das Projekt schließt humanoide Roboter bewusst aus seinem Anwendungsbereich aus: Die zu testenden geschickten Hände werden an gewöhnlichen kollaborativen Industriearmen montiert, wie sie in Fabrikhallen bereits weit verbreitet sind, und nicht an einer zweibeinigen Plattform.

Die Prämisse des Projekts lässt sich mit einer Zahl des Fraunhofer IFF klar auf den Punkt bringen: An hochautomatisierten Produktionslinien werden heute noch 10 bis 20 Prozent der Aufgaben von Hand erledigt – nicht, weil die Arbeit konzeptionell schwierig ist, sondern weil keine kommerziell verfügbare Automatisierungstechnologie sie zuverlässig ausführen kann. Diese Lücke – und nicht eine spektakuläre Demonstration – ist der eigentliche Zielmarkt, den diese Partnerschaft ins Visier nimmt, und sie stellt ein weitaus nachhaltigeres kommerzielles Ziel dar als die meisten der schlagzeilenträchtigen Ankündigungen zu humanoiden Robotern, die in diesem Jahr um dieselben Beschaffungsbudgets konkurrieren.

Warum Greifer dort versagen, wo Hände es nicht tun

Die industrielle Automatisierung hat bereits vor Jahrzehnten die einfachen 80 bis 90 Prozent der Handhabungsaufgaben in der Fertigung gelöst – mithilfe von Greifern, die für eine bestimmte Teilegeometrie und eine einzige, wiederholbare Bewegung ausgelegt sind. Die verbleibenden Aufgaben widersetzen sich diesem Ansatz gerade deshalb, weil sie genau das erfordern, was ein starrer Zweifinger-Greifer nicht bieten kann: variable Greifkraft, anpassbare Fingerpositionierung und Rückmeldung darüber, wie ein Bauteil tatsächlich in der Hand sitzt – und nicht nur darüber, wo ein Bildverarbeitungssystem seine Position vorhergesagt hat. Präzisionsmontagearbeiten, bei denen ein Bauteil ausgerichtet werden muss,

Das korrekte Einführen und Einsetzen ohne visuelle Bestätigung der Kontaktfläche ist der klassische Anwendungsfall, und genau diese Kategorie haben Shadow Robot und das Fraunhofer IFF im Visier.

Dr. José Saenz, Gruppenleiter am Fraunhofer IFF, begründete die Logik der Partnerschaft mit der Vermeidung doppelter Entwicklungsarbeit. „Dank der umfassenden Erfahrung von Shadow Robot im Bereich der Telemanipulation verfügten sie über eine einsatzbereite, vollständige Lösung zur Fernsteuerung einer Fünf-Finger-Hand mit taktiler Sensorik“, so Saenz. „Anstatt Zeit für die Integration aufzuwenden, können wir direkt mit der Arbeit beginnen und dabei einige der weltweit fortschrittlichsten, geschicktesten Roboterhände nutzen.“ Diese Herangehensweise ist aus kommerzieller Sicht entscheidend: Das Fraunhofer IFF entwickelt keine Hand von Grund auf neu, um einen Forschungsansatz zu belegen, sondern nutzt eine bereits kommerziell erhältliche Hand. So kann die sechsmonatige Zeitspanne dafür genutzt werden, die schwierigere Frage zu klären – nämlich, ob sich der Einsatz dieser Kombination lohnt, und nicht, ob die Hardware überhaupt gebaut werden kann.

Teleoperation als Datenquelle, nicht als Endziel

Die Struktur des Projekts folgt einem Muster, das mittlerweile in der physischen KI allgemein zu beobachten ist: Teleoperation wird weniger als dauerhafter Steuerungsmodus genutzt, sondern vielmehr als Mechanismus zur Generierung von Trainingsdaten, die letztendlich den Umfang der menschlichen Beteiligung im Regelkreis reduzieren. Der Beitrag von Shadow Robot besteht konkret in einer einsatzbereiten Teleoperationsanlage in Verbindung mit taktiler Sensorik, was bedeutet, dass jeder Manipulationsversuch im Rahmen des Projekts – ob erfolgreich oder nicht – genau jene kontaktreichen Daten liefert, die rein visuelle Systeme nicht erfassen können. Eine Kamera kann einem Steuerungssystem zwar mitteilen, wo sich ein Teil vor dem Kontakt befindet; sie kann dem System jedoch in der Regel nicht mitteilen, wie fest das Teil gegriffen wird, ob es bereits zu rutschen beginnt oder ob ein Einsteckvorgang korrekt sitzt – und genau diese Signale unterscheiden einen Greifer, der in einer Demonstration funktioniert, von einem, der eine Produktionsschicht übersteht.

Rich Walker, Direktor von Shadow Robots und gewählter Vorstandsmitglied

von euRobotics aisbl ordnete die Zusammenarbeit eher in den Rahmen einer langjährigen beruflichen Beziehung ein als in den einer Partnerschaft, die bei Null anfängt, und merkte an, dass er das Team des Fraunhofer IFF bereits seit mehr als einem Jahrzehnt durch die gemeinsame Arbeit bei euRobotics kenne. Es sei, so Walker, „eine große Freude und äußerst spannend, endlich direkt mit ihnen an einem so innovativen Projekt wie diesem zusammenzuarbeiten“. Diese zehnjährige Vorgeschichte ist an sich schon ein nützliches Signal für Käufer: Eine sechsmonatige technische Zusammenarbeit zwischen zwei Organisationen, die die Fähigkeiten des jeweils anderen bereits kennen, ist ein wesentlich risikoärmeres Unterfangen als der Versuch zweier Fremder, denselben Umfang innerhalb desselben Zeitrahmens zu bewältigen.

Die Frage, die noch keines der beiden Unternehmen beantwortet hat

Was dieses Projekt so interessant macht, dass man es im Auge behalten sollte, anstatt es als routinemäßige Forschungskooperation abzuhaken, ist die Tatsache, dass beide Partner ausdrücklich zugeben, die Antwort auf die zentrale Frage noch nicht zu kennen. Das Projekt wird prüfen, ob eine Fünf-Finger-Fingerfertigkeit für die vorgesehenen Fertigungsaufgaben tatsächlich notwendig ist oder ob ein einfacheres, kostengünstigeres Handdesign das gleiche Ergebnis erzielen könnte. Es ist ungewöhnlich, dass ein Hersteller geschickter Roboterhände dies schriftlich festhält, da die für Shadow Robot wirtschaftlich vorteilhafte Antwort lauten würde, dass komplexe, fünf-fingrige Hände stets das richtige Werkzeug sind. Das Testen der gegenteiligen Hypothese und die Veröffentlichung des Ergebnisses – wie auch immer dieses ausfallen mag – verleiht den letztendlichen Erkenntnissen des Projekts bei einem skeptischen industriellen Käufer mehr Glaubwürdigkeit als eine vom Anbieter finanzierte Studie, die stets nur zu dem Schluss kommt, dass das eigene Produkt notwendig war.

Das Projekt wird zudem die Kosten aufzeigen, die entstehen, wenn ein taktiles, geschicktes System von einem kontrollierten Versuch in den praktischen Einsatz überführt wird: die erforderlichen technischen Ansätze, die spezifischen Integrationsherausforderungen einer bestimmten Fertigungszelle sowie die tatsächliche Kostendifferenz gegenüber einer herkömmlichen Greiferlösung für dieselbe Aufgabe. Das sind genau die Zahlen, die ein Beschaffungsteam benötigt und die es aus einer Produktankündigung so gut wie nie erhält, da eine sechsmonatige gemeinsame Forschungsarbeit

Ein Projekt hat – anders als ein Verkaufsgespräch – keinen kommerziellen Anreiz, den Schwierigkeitsgrad des Problems, das es löst, herunterzuspielen.

Die wirtschaftliche Logik eines deutschen Forschungsinstituts

Die eigene Beschreibung des Fraunhofer IFF zu seinem Auftrag, die sich auf eine sogenannte deutsche Tradition hochwertigen Handwerks stützt, die auf die sogenannte automatisierte Fertigung angewendet wird, positioniert das Institut als Problemlöser für Aufgaben, bei denen Industriekunden bereits vergeblich versucht haben, diese mit herkömmlichen Mitteln zu automatisieren. Dies ist ein anderer Ausgangspunkt als bei einem universitären Robotiklabor, das nach einem veröffentlichungsfähigen Ergebnis strebt, und erklärt, warum der Projektumfang so eng auf Montageaufgaben beschränkt ist, die speziell ein präzises Zusammenspiel mit einzelnen Komponenten erfordern, anstatt eine breiter angelegte Forschungsagenda im Bereich der Manipulation zu verfolgen. Ein Institut für angewandte Forschung, dessen Finanzierungsmodell davon abhängt, Probleme zu lösen, die Industriekunden tatsächlich an das Institut herantragen, hat weniger Spielraum, einer eleganten, aber wirtschaftlich irrelevanten Forschungsfrage nachzugehen, als ein Labor, das ausschließlich einem Förderausschuss Rechenschaft schuldig ist.

Shadow Robot bringt von der anderen Seite der Partnerschaft eine vergleichbare wirtschaftliche Verankerung mit. Über die „Shadow Hand“-Plattform hinaus wurde die DEX-EE-Serie des Unternehmens für Google DeepMind entwickelt, und zu seiner Kunden- und Partnerliste zählen neben Beiträgen zu Programmen, die von der britischen Advanced Research and Invention Agency (ARIA) finanziert werden, auch die NASA, OpenAI, Siemens und GSK. Ein Unternehmen, das geschickte Hardware an ein derart breites Kundenspektrum liefert – von einer Weltraumbehörde bis hin zu einem Pharmahersteller –, musste bereits unter Beweis stellen, dass seine Hardware auch außerhalb eines Forschungslabors bestehen kann; dies stellt eine andere Hürde dar als bei einer Hand, die bisher nur in einem Demonstrationsvideo zum Einsatz gekommen ist.

Was dies für Käufer bedeutet, die geschickte Manipulationssysteme evaluieren

Für Hersteller und Systemintegratoren, die derzeit abwägen, ob geschickte, taktil wahrnehmende Hände in die Automatisierungs-Roadmap für das nächste Jahr gehören, ist die ehrliche Antwort, die dieses Projekt liefern soll, noch nicht verfügbar, und dass

Genau aus diesem Grund lohnt es sich, die Entwicklung zunächst zu beobachten, anstatt heute bereits Maßnahmen zu ergreifen. Ein Beschaffungsteam, das diese Kategorie bewertet, sollte den Sechsmonatszeitraum als natürlichen Meilenstein betrachten: Sollten Shadow Robot und das Fraunhofer IFF Ergebnisse veröffentlichen, die zeigen, dass geschickte Hände die Lücke von 10 bis 20 Prozent bei automatisierbaren Aufgaben zu vertretbaren Kosten schließen, ist dies ein glaubwürdiges Signal, um Gespräche über ein Pilotprojekt mit einer der beiden Organisationen oder einem vergleichbaren Anbieter aufzunehmen. Sollten die Ergebnisse hingegen zeigen, dass die Anforderungen an die Geschicklichkeit bei den meisten getesteten Aufgaben überbewertet wurden, ist dies eine ebenso nützliche Information, da sie die Investitionen stattdessen in einfachere und kostengünstigere Endeffektor-Konstruktionen lenkt.

Die tiefere Botschaft dieser Partnerschaft betrifft die Frage, wohin der Fokus der Debatte um humanoide Robotik bisher gerichtet war und wo die tatsächlichen kurzfristigen industriellen Chancen liegen. Der Großteil des Kapitals und der Aufmerksamkeit im Bereich der physischen KI floss in diesem Jahr in Ganzkörper-Humanoid-Plattformen, die versuchen, gleichzeitig zu gehen, das Gleichgewicht zu halten und Objekte zu handhaben – ein weitaus schwierigeres Integrationsproblem als die geschickte Handhabung auf einer stationären oder armbasierten Plattform, deren Installation, Stromversorgung und Sicherheitszertifizierung den Fabriken bereits bekannt sind. Shadow Robot und das Fraunhofer IFF setzen darauf, dass die unscheinbaren 10 bis 20 Prozent der manuellen Montageaufgaben ein näher liegendes und besser finanzierbares Ziel darstellen als ein universell einsetzbarer Humanoid – und dass die Hand, nicht der gesamte Körper, die Komponente ist, deren Lösung Vorrang haben sollte.

Die sechsmonatige Laufzeit des Projekts läuft nun, und der nächste konkrete Meilenstein, auf den es zu achten gilt, ist, welche der beiden Parteien als Erste Ergebnisse veröffentlicht: eine geschickte Hand, die eine Aufgabenklasse erfolgreich bewältigt, die mit herkömmlicher Automatisierung niemals erreicht werden könnte, und die auf Hardware montiert ist, über die eine Fabrik bereits verfügt.

Diese Analyse fasst Aussagen der Shadow Robot Company und des Fraunhofer-Instituts für Fabrikbetrieb und Automatisierung IFF sowie deren veröffentlichte Projektunterlagen zusammen.

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