Roboter
Ein Roboter ist eine Maschine - insbesondere eine, die von einem Computer programmiert werden kann -, die in der Lage ist, eine komplexe Reihe von Aktionen automatisch auszuführen. Ein Roboter kann durch ein externes Steuergerät gesteuert werden, oder die Steuerung kann in das Gerät integriert sein. Roboter können so konstruiert sein, dass sie an menschliche Formen erinnern, aber die meisten Roboter sind aufgabenbezogene Maschinen, bei deren Konstruktion der Schwerpunkt auf strenger Funktionalität und nicht auf ausdrucksstarker Ästhetik liegt. ⓘ
Roboter können autonom oder halbautonom sein und reichen von Humanoiden wie Hondas Advanced Step in Innovative Mobility (ASIMO) und TOSYs TOSY Ping Pong Playing Robot (TOPIO) bis hin zu Industrierobotern, medizinischen Operationsrobotern, Patientenhilfsrobotern, Hundetherapierobotern, kollektiv programmierten Schwarmrobotern, UAV-Drohnen wie General Atomics MQ-1 Predator und sogar mikroskopisch kleinen Nanorobotern. Durch die Nachahmung eines lebensechten Aussehens oder die Automatisierung von Bewegungen kann ein Roboter ein Gefühl von Intelligenz oder eigenen Gedanken vermitteln. Es wird erwartet, dass sich autonome Dinge in Zukunft immer weiter verbreiten werden, wobei die Haushaltsroboter und das autonome Auto zu den Hauptantriebskräften zählen. ⓘ
Die Robotik ist der Technologiezweig, der sich mit dem Entwurf, der Konstruktion, dem Betrieb und der Anwendung von Robotern sowie mit Computersystemen für deren Steuerung, sensorische Rückmeldung und Informationsverarbeitung befasst. Diese Technologien befassen sich mit automatisierten Maschinen, die in gefährlichen Umgebungen oder Fertigungsprozessen den Platz des Menschen einnehmen können oder dem Menschen in Aussehen, Verhalten oder Kognition ähneln. Viele der heutigen Roboter sind von der Natur inspiriert, was zum Bereich der bioinspirierten Robotik beiträgt. Diese Roboter haben auch einen neueren Zweig der Robotik hervorgebracht: die Soft-Robotik. ⓘ
Schon in der Antike gab es viele Berichte über vom Benutzer konfigurierbare automatisierte Geräte und sogar Automaten, die Menschen und anderen Tieren ähnelten und in erster Linie der Unterhaltung dienten. Mit der Entwicklung der mechanischen Techniken im Industriezeitalter kamen weitere praktische Anwendungen wie automatisierte Maschinen, Fernsteuerung und drahtlose Fernsteuerung hinzu. ⓘ
Der Begriff leitet sich von der slawischen Wurzel robot- ab, die mit Arbeit verbunden ist. Das Wort "Roboter" wurde erstmals 1920 im tschechischen Theaterstück R.U.R. (Rossumovi Univerzální Roboti - Rossum's Universal Robots) von Karel Čapek für einen fiktiven Humanoiden verwendet, obwohl der eigentliche Erfinder des Wortes Karel Čapeks Bruder Josef Čapek war. Die Elektronik wurde zur treibenden Kraft der Entwicklung mit dem Aufkommen der ersten elektronischen autonomen Roboter, die 1948 von William Grey Walter in Bristol, England, entwickelt wurden, sowie der CNC-Werkzeugmaschinen in den späten 1940er Jahren von John T. Parsons und Frank L. Stulen. ⓘ
Der erste moderne digitale und programmierbare Roboter wurde 1954 von George Devol erfunden und brachte sein bahnbrechendes Robotikunternehmen Unimation hervor. Der erste Unimate wurde 1961 an General Motors verkauft, wo er im Inland Fisher Guide Plant in West Trenton, Ewing Township, New Jersey, heiße Metallteile aus Druckgussmaschinen hob. ⓘ
Roboter haben den Menschen bei der Ausführung sich wiederholender und gefährlicher Aufgaben ersetzt, die der Mensch nicht ausführen möchte oder aufgrund seiner Größe nicht ausführen kann, oder die in extremen Umgebungen wie dem Weltraum oder dem Meeresgrund stattfinden. Es gibt Bedenken hinsichtlich des zunehmenden Einsatzes von Robotern und ihrer Rolle in der Gesellschaft. Roboter werden für die steigende technologische Arbeitslosigkeit verantwortlich gemacht, da sie Arbeitnehmer in immer mehr Bereichen ersetzen. Der Einsatz von Robotern im militärischen Kampf wirft ethische Bedenken auf. Die Möglichkeiten der Roboterautonomie und ihre potenziellen Auswirkungen wurden in der Fiktion thematisiert und könnten in Zukunft ein realistisches Problem darstellen. ⓘ
Ein Roboter ist eine technische Apparatur, die üblicherweise dazu dient, dem Menschen häufig wiederkehrende mechanische Arbeit abzunehmen. Roboter können sowohl ortsfeste als auch mobile Maschinen sein. Sie werden von Computerprogrammen gesteuert. ⓘ
Zusammenfassung
Das Wort Roboter kann sich sowohl auf physische Roboter als auch auf virtuelle Software-Agenten beziehen, wobei letztere gewöhnlich als Bots bezeichnet werden. Es gibt keinen Konsens darüber, welche Maschinen als Roboter zu bezeichnen sind, aber unter Experten und in der Öffentlichkeit herrscht allgemeine Einigkeit darüber, dass Roboter in der Regel einige oder alle der folgenden Fähigkeiten und Funktionen besitzen: Sie akzeptieren elektronische Programmierungen, verarbeiten Daten oder physische Wahrnehmungen elektronisch, arbeiten bis zu einem gewissen Grad autonom, bewegen sich, bedienen physische Teile von sich selbst oder physische Prozesse, nehmen ihre Umgebung wahr und manipulieren sie, und zeigen intelligentes Verhalten, insbesondere ein Verhalten, das Menschen oder andere Tiere nachahmt. Eng verwandt mit dem Konzept des Roboters ist der Bereich der Synthetischen Biologie, der sich mit Wesen beschäftigt, die eher mit Lebewesen als mit Maschinen vergleichbar sind. ⓘ
Geschichte
Die Idee der Automaten hat ihren Ursprung in den Mythologien vieler Kulturen der Welt. Ingenieure und Erfinder aus alten Zivilisationen, darunter das alte China, das antike Griechenland und das ptolemäische Ägypten, versuchten, selbständig arbeitende Maschinen zu bauen, von denen einige Tieren und Menschen ähnelten. Zu den frühen Beschreibungen von Automaten gehören die künstlichen Tauben von Archytas, die künstlichen Vögel von Mozi und Lu Ban, ein "sprechender" Automat von Hero von Alexandria, ein Waschtischautomat von Philo von Byzanz und ein menschlicher Automat, der im Lie Zi beschrieben wird. ⓘ
Frühe Anfänge
In vielen antiken Mythologien und den meisten modernen Religionen gibt es künstliche Menschen, wie die mechanischen Diener, die der griechische Gott Hephaistos (bei den Römern Vulkan) baute, die Lehmgolems der jüdischen Legende und die Lehmriesen der nordischen Legende sowie Galatea, die mythische Statue des Pygmalion, die zum Leben erwachte. Seit ca. 400 v. Chr. gibt es auf Kreta den Mythos von Talos, einem Mann aus Bronze, der die Insel vor Piraten bewachte. ⓘ
Im antiken Griechenland wandte der griechische Ingenieur Ktesibius (ca. 270 v. Chr.) "seine Kenntnisse der Pneumatik und Hydraulik an, um die ersten Orgel- und Wasseruhren mit beweglichen Figuren herzustellen". Im 4. Jahrhundert v. Chr. postulierte der griechische Mathematiker Archytas von Tarentum einen mechanischen, dampfbetriebenen Vogel, den er "Die Taube" nannte. Hero von Alexandria (10-70 n. Chr.), ein griechischer Mathematiker und Erfinder, schuf zahlreiche vom Benutzer konfigurierbare automatische Geräte und beschrieb Maschinen, die durch Luftdruck, Dampf und Wasser angetrieben wurden. ⓘ
Im Lokapannatti aus dem 11. Jahrhundert wird erzählt, wie die Reliquien des Buddha durch mechanische Roboter (bhuta vahana yanta) aus dem Königreich Roma visaya (Rom) geschützt wurden, bis sie von König Ashoka entwaffnet wurden. ⓘ
Im alten China beschreibt der Text des Lie Zi aus dem 3. Jahrhundert einen Bericht über humanoide Automaten, in dem es um eine viel frühere Begegnung zwischen dem chinesischen Kaiser Mu von Zhou und einem Maschinenbauingenieur namens Yan Shi, einem "Kunsthandwerker", geht. Yan Shi präsentierte dem König voller Stolz eine lebensgroße, menschenförmige Figur seiner mechanischen "Handarbeit" aus Leder, Holz und künstlichen Organen. Auch im Han Fei Zi und in anderen Texten wird von fliegenden Automaten berichtet, und dem mohistischen Philosophen Mozi und seinem Zeitgenossen Lu Ban wird die Erfindung künstlicher Holzvögel (ma yuan), die erfolgreich fliegen konnten, zugeschrieben (5. Jahrhundert v. Chr.).
_(20481431946).jpg)
Im Jahr 1066 baute der chinesische Erfinder Su Song eine Wasseruhr in Form eines Turms mit mechanischen Figuren, die die Stunden schlugen. Sein Mechanismus verfügte über eine programmierbare Trommelmaschine mit Stiften (Nocken), die auf kleine Hebel stießen, die Schlaginstrumente bedienten. Der Trommler konnte verschiedene Rhythmen und Trommelmuster spielen, indem er die Stifte an verschiedene Stellen bewegte. ⓘ
Samarangana Sutradhara, ein Sanskrit-Traktat von Bhoja (11. Jahrhundert), enthält ein Kapitel über den Bau mechanischer Vorrichtungen (Automaten), darunter mechanische Bienen und Vögel, Brunnen in Form von Menschen und Tieren sowie männliche und weibliche Puppen, die Öllampen nachfüllten, tanzten, Instrumente spielten und Szenen aus der Hindu-Mythologie nachspielten. ⓘ
Der muslimische Wissenschaftler Ismail al-Jazari aus dem 13. Jahrhundert entwickelte mehrere automatische Geräte. Er baute automatische Pfauen, die durch Wasserkraft angetrieben wurden. Er erfand auch die frühesten bekannten automatischen Tore, die durch Wasserkraft angetrieben wurden, und schuf automatische Türen als Teil einer seiner ausgeklügelten Wasseruhren. Einer der humanoiden Automaten von al-Jazari war eine Kellnerin, die Wasser, Tee oder Getränke servieren konnte. Das Getränk wurde in einem Tank mit einem Reservoir gelagert, aus dem das Getränk in einen Eimer und nach sieben Minuten in eine Tasse tropft, woraufhin die Kellnerin aus einer automatischen Tür erscheint und das Getränk serviert. Al-Jazari erfand einen Handwaschautomaten, der einen Spülmechanismus enthält, der heute in modernen Toiletten mit Wasserspülung verwendet wird. Er zeigt einen weiblichen humanoiden Automaten, der neben einem mit Wasser gefüllten Becken steht. Wenn der Benutzer den Hebel betätigt, läuft das Wasser ab und der weibliche Automat füllt das Becken wieder auf. ⓘ
Mark E. Rosheim fasst die von muslimischen Ingenieuren, insbesondere von al-Jazari, erzielten Fortschritte in der Robotik wie folgt zusammen:
Im Gegensatz zu den griechischen Entwürfen zeigen diese arabischen Beispiele ein Interesse nicht nur an dramatischer Illusion, sondern an der Beeinflussung der Umwelt zum Wohle des Menschen. Der größte Beitrag der Araber, neben der Bewahrung, Verbreitung und Weiterentwicklung der griechischen Arbeit, war also das Konzept der praktischen Anwendung. Dies war das Schlüsselelement, das in der griechischen Roboterwissenschaft fehlte.
Im Italien der Renaissance skizzierte Leonardo da Vinci (1452-1519) um 1495 Pläne für einen humanoiden Roboter. Da Vincis Notizbücher, die in den 1950er Jahren wiederentdeckt wurden, enthielten detaillierte Zeichnungen eines mechanischen Ritters, der heute als Leonardos Roboter bekannt ist und in der Lage ist, sich aufzusetzen, mit den Armen zu winken und Kopf und Kiefer zu bewegen. Der Entwurf basierte wahrscheinlich auf anatomischen Untersuchungen, die in seinem Vitruvianischen Menschen festgehalten wurden. Es ist nicht bekannt, ob er versucht hat, ihn zu bauen. Der Encyclopædia Britannica zufolge könnte Leonardo da Vinci von den klassischen Automaten von al-Jazari beeinflusst worden sein. ⓘ
In Japan wurden zwischen dem 17. und 19. Jahrhundert komplexe Tier- und Menschenautomaten gebaut, von denen viele im 18. Jahrhundert in der Karakuri zui (Illustrierte Maschinen, 1796) beschrieben wurden. Einer dieser Automaten war der karakuri ningyō, eine mechanisierte Marionette. Es gab verschiedene Varianten der karakuri: die Butai karakuri, die im Theater eingesetzt wurden, die Zashiki karakuri, die klein waren und in Haushalten verwendet wurden, und die Dashi karakuri, die bei religiösen Festen eingesetzt wurden, wo die Puppen traditionelle Mythen und Legenden nachstellten. ⓘ
In Frankreich stellte Jacques de Vaucanson zwischen 1738 und 1739 mehrere lebensgroße Automaten aus: einen Flötenspieler, einen Pfeifenspieler und eine Ente. Die mechanische Ente konnte mit den Flügeln schlagen, den Hals bewegen und Nahrung aus der Hand des Vorführers schlucken, wobei sie die Illusion erweckte, ihre Nahrung zu verdauen, indem sie in einem verborgenen Fach gespeicherte Stoffe ausscheidete. ⓘ
Ferngesteuerte Systeme
Ferngesteuerte Fahrzeuge wurden im späten 19. Jahrhundert in Form verschiedener Arten von ferngesteuerten Torpedos demonstriert. In den frühen 1870er Jahren gab es ferngesteuerte Torpedos von John Ericsson (pneumatisch), John Louis Lay (elektrisch drahtgeführt) und Victor von Scheliha (elektrisch drahtgeführt). ⓘ
Der von Louis Brennan 1877 erfundene Brennan-Torpedo wurde von zwei gegenläufigen Propellern angetrieben, die durch schnelles Ziehen von Drähten aus Trommeln im Inneren des Torpedos in Bewegung gesetzt wurden. Durch die unterschiedliche Geschwindigkeit der Drähte, die mit der Landstation verbunden waren, konnte der Torpedo zum Ziel gelenkt werden, was ihn zum "ersten praktischen Lenkflugkörper der Welt" machte. 1897 erhielt der britische Erfinder Ernest Wilson ein Patent für einen Torpedo, der durch "Hertz'sche" (Radio-)Wellen ferngesteuert wurde, und 1898 demonstrierte Nikola Tesla öffentlich einen drahtlos gesteuerten Torpedo, den er an die US-Marine zu verkaufen hoffte. ⓘ
1903 führte der spanische Ingenieur Leonardo Torres y Quevedo ein Funksteuerungssystem namens "Telekino" vor, mit dem er ein Luftschiff seiner eigenen Konstruktion steuern wollte. Im Gegensatz zu den bisherigen Systemen, die Aktionen des Typs "ein/aus" ausführten, konnte Torres' Gerät die empfangenen Signale speichern, um die Operationen selbständig auszuführen, und konnte bis zu 19 verschiedene Befehle ausführen. ⓘ
Archibald Low, der wegen seiner Pionierarbeit auf dem Gebiet der gelenkten Raketen und Flugzeuge während des Ersten Weltkriegs als "Vater der Funkführungssysteme" bekannt ist. Im Jahr 1917 führte er dem Royal Flying Corps ein ferngesteuertes Flugzeug vor und baute im selben Jahr die erste drahtgesteuerte Rakete. ⓘ
Ursprung des Begriffs "Roboter
Der Begriff "Roboter" wurde erstmals 1920 von dem tschechischen Schriftsteller Karel Čapek in seinem Theaterstück R.U.R. als Bezeichnung für künstliche Automaten verwendet. Allerdings wurde Josef Čapek von seinem Bruder Karel als der eigentliche Erfinder des Begriffs "Roboter" genannt. Das Wort "Roboter" selbst war nicht neu, da es in der slawischen Sprache als robota (Zwangsarbeit) vorkam, ein Begriff, der auf Bauern angewendet wurde, die im Rahmen des Feudalsystems zum Zwangsdienst verpflichtet waren (siehe: Roboterpatent). Čapeks fiktive Geschichte postulierte die technologische Erschaffung künstlicher menschlicher Körper ohne Seele, und das alte Thema der feudalen Robota-Klasse passte hervorragend zu der Vorstellung einer neuen Klasse von künstlichen Arbeitern. ⓘ
Die englische Aussprache des Wortes hat sich seit seiner Einführung relativ schnell weiterentwickelt. In den USA wurde in den späten 30er bis frühen 40er Jahren die zweite Silbe mit einem langen "O" ausgesprochen, wie bei "row-boat". In den späten 50er bis frühen 60er Jahren sprachen es einige mit einem kurzen "U" wie "row-but" aus, während andere ein weicheres "O" wie "row-bought" verwendeten. In den 70er Jahren hatte sich die heutige Aussprache "row-bot" durchgesetzt. ⓘ
Frühe Roboter
1928 wurde einer der ersten humanoiden Roboter, Eric, auf der Jahresausstellung der Model Engineers Society in London ausgestellt, wo er eine Rede hielt. Der von W. H. Richards erfundene Roboter bestand aus einem gepanzerten Aluminiumkörper mit elf Elektromagneten und einem Motor, der von einer Zwölf-Volt-Stromquelle angetrieben wurde. Der Roboter konnte seine Hände und seinen Kopf bewegen und ließ sich per Fernbedienung oder Sprachsteuerung bedienen. Sowohl Eric als auch sein "Bruder" George bereisten die Welt. ⓘ
Die Westinghouse Electric Corporation baute 1926 Televox, eine Pappfigur, die mit verschiedenen Geräten verbunden war, die die Benutzer ein- und ausschalten konnten. 1939 wurde der humanoide Roboter Elektro auf der New Yorker Weltausstellung 1939 vorgestellt. Er war 2,1 m groß und wog 120,2 kg. Er konnte auf Sprachbefehl gehen, etwa 700 Wörter sprechen (mit einem Plattenspieler mit 78 Umdrehungen pro Minute), Zigaretten rauchen, Luftballons aufblasen und seinen Kopf und seine Arme bewegen. Der Körper bestand aus einem Stahlskelett mit Getriebe, Nocken und Motor, das von einer Aluminiumhaut überzogen war. 1928 wurde der erste japanische Roboter, Gakutensoku, von dem Biologen Makoto Nishimura entworfen und gebaut. ⓘ
Moderne autonome Roboter
Die ersten elektronischen autonomen Roboter mit komplexem Verhalten wurden in den Jahren 1948 und 1949 von William Grey Walter vom Burden Neurological Institute in Bristol, England, entwickelt. Er wollte beweisen, dass reichhaltige Verbindungen zwischen einer kleinen Anzahl von Gehirnzellen zu sehr komplexen Verhaltensweisen führen können - im Grunde genommen lag das Geheimnis der Funktionsweise des Gehirns darin, wie es verdrahtet war. Seine ersten Roboter mit den Namen Elmer und Elsie wurden zwischen 1948 und 1949 gebaut und aufgrund ihrer Form und langsamen Bewegungsgeschwindigkeit oft als Schildkröten bezeichnet. Die dreirädrigen Schildkrötenroboter waren zur Phototaxis fähig, mit der sie ihren Weg zu einer Aufladestation finden konnten, wenn ihre Batterien leer waren. ⓘ
Walter betonte die Bedeutung der Verwendung rein analoger Elektronik für die Simulation von Gehirnprozessen zu einer Zeit, als seine Zeitgenossen wie Alan Turing und John von Neumann sich alle einer Betrachtung geistiger Prozesse im Sinne digitaler Berechnungen zuwandten. Seine Arbeit inspirierte nachfolgende Generationen von Robotikforschern wie Rodney Brooks, Hans Moravec und Mark Tilden. Moderne Inkarnationen von Walters Schildkröten sind in Form der BEAM-Robotik zu finden. ⓘ
Der erste digital betriebene und programmierbare Roboter wurde 1954 von George Devol erfunden und schließlich Unimate genannt. Damit wurde der Grundstein für die moderne Roboterindustrie gelegt. Devol verkaufte den ersten Unimate 1960 an General Motors, und er wurde 1961 in einem Werk in Trenton, New Jersey, installiert, um heiße Metallstücke aus einer Druckgussmaschine zu heben und zu stapeln. Devols Patent für den ersten digital gesteuerten, programmierbaren Roboterarm bildet die Grundlage der modernen Roboterindustrie. ⓘ
Der erste Palettierroboter wurde 1963 von der Firma Fuji Yusoki Kogyo vorgestellt. Im Jahr 1973 wurde ein Roboter mit sechs elektromechanisch angetriebenen Achsen von KUKA Robotics in Deutschland patentiert, und der programmierbare universelle Manipulationsarm wurde 1976 von Victor Scheinman erfunden, der das Design an Unimation verkaufte. ⓘ
Handels- und Industrieroboter sind heute weit verbreitet und erledigen Aufgaben kostengünstiger oder mit größerer Genauigkeit und Zuverlässigkeit als Menschen. Sie werden auch für Arbeiten eingesetzt, die zu schmutzig, gefährlich oder langweilig sind, um von Menschen ausgeführt zu werden. Roboter werden in der Fertigung, Montage und Verpackung, im Transportwesen, in der Erd- und Weltraumforschung, in der Chirurgie, in der Waffenindustrie, in der Laborforschung und in der Massenproduktion von Konsum- und Industriegütern eingesetzt. ⓘ
Künftige Entwicklung und Trends
| Externes Video ⓘ | |
|---|---|
 Atlas, die nächste Generation |
Es gibt verschiedene Techniken, um die Wissenschaft der Robotik und der Roboter zu entwickeln. Eine Methode ist die evolutionäre Robotik, bei der eine Reihe von unterschiedlichen Robotern getestet wird. Diejenigen, die am besten abschneiden, werden als Modell für die Entwicklung einer neuen "Generation" von Robotern verwendet. Eine andere Methode ist die Entwicklungsrobotik, bei der Veränderungen und Entwicklungen innerhalb eines einzelnen Roboters im Bereich der Problemlösung und anderer Funktionen verfolgt werden. Ein weiterer neuer Robotertyp wurde erst kürzlich vorgestellt, der sowohl als Smartphone als auch als Roboter fungiert und den Namen RoboHon trägt. ⓘ
Da Roboter immer fortschrittlicher werden, könnte es irgendwann ein Standard-Computerbetriebssystem geben, das hauptsächlich für Roboter entwickelt wurde. Robot Operating System (ROS) ist ein quelloffener Satz von Programmen, die unter anderem an der Stanford University, dem Massachusetts Institute of Technology und der Technischen Universität München entwickelt werden. ROS bietet Möglichkeiten zur Programmierung der Navigation und der Gliedmaßen eines Roboters, unabhängig von der jeweiligen Hardware. Darüber hinaus bietet es High-Level-Befehle für Aufgaben wie Bilderkennung und sogar das Öffnen von Türen. Wenn ROS auf dem Computer eines Roboters hochgefahren wird, erhält es Daten über Attribute wie die Länge und Bewegung der Gliedmaßen des Roboters. Diese Daten würden an übergeordnete Algorithmen weitergeleitet. Auch Microsoft entwickelt mit seinem Robotics Developer Studio, das seit 2007 verfügbar ist, ein "Windows für Roboter". ⓘ
Japan hofft, dass Serviceroboter bis 2025 in vollem Umfang kommerzialisiert werden können. Ein Großteil der technologischen Forschung in Japan wird von japanischen Regierungsstellen, insbesondere dem Handelsministerium, geleitet. ⓘ
Viele zukünftige Anwendungen der Robotik erscheinen den Menschen offensichtlich, auch wenn sie weit über die Fähigkeiten der zum Zeitpunkt der Vorhersage verfügbaren Roboter hinausgehen. Schon 1982 war man zuversichtlich, dass Roboter eines Tages: 1. Teile reinigen, indem sie den Gussgrat entfernen 2. Autos ganz ohne menschliche Anwesenheit lackieren 3. Dinge in Schachteln verpacken - zum Beispiel Schokoladenbonbons in Bonbonschachteln ausrichten und verschachteln 4. Elektrische Kabelbäume herstellen 5. LKWs mit Kartons beladen - ein Verpackungsproblem 6. Weiche Waren wie Kleidungsstücke und Schuhe handhaben 7. Schafe scheren 8. Prothesen herstellen 9. Fastfood kochen und in anderen Dienstleistungsbereichen arbeiten 10. Haushaltsroboter. ⓘ
Im Allgemeinen sind solche Vorhersagen in Bezug auf den Zeitrahmen zu optimistisch. ⓘ
Neue Funktionalitäten und Prototypen
Im Jahr 2008 entwickelte Caterpillar Inc. einen Muldenkipper, der ohne menschlichen Bediener selbst fahren kann. Viele Analysten glauben, dass selbstfahrende Lkw die Logistik revolutionieren könnten. Im Jahr 2014 hatte Caterpillar einen selbstfahrenden Muldenkipper entwickelt, von dem erwartet wird, dass er die Abläufe im Bergbau stark verändern wird. Im Jahr 2015 wurden diese Caterpillar-Lastwagen von der Bergbaugesellschaft Rio Tinto Coal Australia aktiv im Bergbau in Australien eingesetzt. Einige Analysten glauben, dass in den nächsten Jahrzehnten die meisten Lkw selbstfahrend sein werden. ⓘ
Ein Lese-Roboter namens Marge verfügt über Intelligenz, die von Software stammt. Er kann Zeitungen lesen, falsch geschriebene Wörter finden und korrigieren, etwas über Banken wie Barclays lernen und verstehen, dass manche Restaurants besser sind als andere. ⓘ
Baxter ist ein neuer Roboter, der 2012 eingeführt wurde und durch Anleitung lernt. Ein Mitarbeiter kann Baxter beibringen, wie er eine Aufgabe ausführt, indem er seine Hände in die gewünschte Richtung bewegt und Baxter sich diese Bewegungen merken lässt. Am Arm von Baxter gibt es zusätzliche Wählscheiben, Tasten und Bedienelemente für mehr Präzision und Funktionen. Jeder normale Arbeiter kann Baxter programmieren und es dauert nur ein paar Minuten, im Gegensatz zu den üblichen Industrierobotern, die umfangreiche Programme und Kodierungen benötigen, um eingesetzt zu werden. Das bedeutet, dass Baxter nicht programmiert werden muss, um zu funktionieren. Es werden keine Software-Ingenieure benötigt. Das bedeutet auch, dass Baxter beigebracht werden kann, mehrere, kompliziertere Aufgaben auszuführen. Sawyer wurde 2015 für kleinere, präzisere Aufgaben hinzugefügt. ⓘ
Es wurden Prototypen von Kochrobotern entwickelt, die für die autonome, dynamische und anpassbare Zubereitung einzelner Mahlzeiten programmiert werden könnten. ⓘ
Etymologie
Der Begriff "Roboter" wurde von dem tschechischen Schriftsteller Karel Čapek in der Zwischenkriegszeit in seinem 1920 veröffentlichten Theaterstück R.U.R. (Rossum's Universal Robots) der Öffentlichkeit vorgestellt. Das Stück beginnt in einer Fabrik, die einen chemischen Ersatz für Protoplasma verwendet, um lebende, vereinfachte Menschen, sogenannte Roboter, herzustellen. Das Stück befasst sich nicht im Detail mit der Technologie, die hinter der Erschaffung dieser Lebewesen steht, aber in ihrer Erscheinung nehmen sie die modernen Vorstellungen von Androiden vorweg, Kreaturen, die mit Menschen verwechselt werden können. Diese in Massenproduktion hergestellten Arbeiter werden als effizient, aber emotionslos dargestellt, unfähig zu originellem Denken und gleichgültig gegenüber der Selbsterhaltung. Es geht um die Frage, ob die Roboter ausgebeutet werden, und um die Folgen der Abhängigkeit des Menschen von der Ware Arbeitskraft (vor allem, nachdem eine Reihe von speziell entwickelten Robotern ein Selbstbewusstsein erlangt und die Roboter auf der ganzen Welt zum Aufstand gegen die Menschen anstachelt). ⓘ
Karel Čapek selbst hat das Wort nicht geprägt. Er schrieb einen kurzen Brief unter Bezugnahme auf eine Etymologie im Oxford English Dictionary, in dem er seinen Bruder, den Maler und Schriftsteller Josef Čapek, als den eigentlichen Urheber des Wortes nannte. ⓘ
In einem Artikel in der tschechischen Zeitschrift Lidové noviny aus dem Jahr 1933 erklärte er, dass er die Kreaturen ursprünglich laboři ("Arbeiter", von lat. labor) nennen wollte. Das Wort gefiel ihm jedoch nicht, und er suchte Rat bei seinem Bruder Josef, der "roboti" vorschlug. Das Wort robota bedeutet wörtlich "corvée", "Leibeigene", und im übertragenen Sinne "Schufterei" oder "harte Arbeit" im Tschechischen und auch (allgemeiner) "Arbeit", "Arbeit" in vielen slawischen Sprachen (z. B.: Bulgarisch, Russisch, Serbisch, Slowakisch, Polnisch, Mazedonisch, Ukrainisch, archaisches Tschechisch, sowie Roboter auf Ungarisch). Traditionell war die robota (ungarisch robot) die Arbeitszeit, die ein Leibeigener (corvée) für seinen Herrn zu leisten hatte, normalerweise 6 Monate im Jahr. Der Ursprung des Wortes ist das altkirchenslawische (altbulgarische) rabota "Knechtschaft" ("Arbeit" im heutigen Bulgarisch und Russisch), das wiederum von der protoindoeuropäischen Wurzel *orbh- stammt. Roboter ist verwandt mit der deutschen Wurzel Arbeit. ⓘ
Der Begriff Robotik, der zur Beschreibung dieses Fachgebiets verwendet wird, wurde von dem Science-Fiction-Autor Isaac Asimov geprägt. Asimov schuf die "Drei Gesetze der Robotik", die in seinen Büchern immer wieder auftauchen. Diese wurden seitdem von vielen anderen Autoren verwendet, um Gesetze zu definieren, die in der Fiktion verwendet werden. (Die drei Gesetze sind reine Fiktion, und keine bisher geschaffene Technologie ist in der Lage, sie zu verstehen oder zu befolgen, und tatsächlich dienen die meisten Roboter militärischen Zwecken, die dem ersten Gesetz und oft auch dem dritten Gesetz zuwiderlaufen. "Die Leute denken über Asimovs Gesetze nach, aber sie wurden aufgestellt, um zu zeigen, dass ein einfaches ethisches System nicht funktioniert. Wenn man die Kurzgeschichten liest, geht es in jeder einzelnen um ein Scheitern, und sie sind völlig unpraktisch", so Dr. Joanna Bryson von der University of Bath). ⓘ
Moderne Roboter
Mobiler Roboter
Mobile Roboter haben die Fähigkeit, sich in ihrer Umgebung zu bewegen und sind nicht an einen bestimmten Ort gebunden. Ein Beispiel für einen mobilen Roboter, der heute häufig eingesetzt wird, ist das fahrerlose Transportsystem oder Automatic Guided Vehicle (AGV). Ein AGV ist ein mobiler Roboter, der Markierungen oder Drähten auf dem Boden folgt oder Visionen oder Laser verwendet. Auf AGVs wird später in diesem Artikel eingegangen. ⓘ
Mobile Roboter sind auch in der Industrie, beim Militär und im Sicherheitsbereich zu finden. Es gibt sie auch als Konsumgüter, zur Unterhaltung oder für bestimmte Aufgaben wie das Staubsaugen. Mobile Roboter stehen im Mittelpunkt zahlreicher aktueller Forschungsarbeiten, und fast jede größere Universität hat ein oder mehrere Labors, die sich mit der Erforschung mobiler Roboter beschäftigen. ⓘ
Mobile Roboter werden in der Regel in streng kontrollierten Umgebungen wie z. B. an Fließbändern eingesetzt, da sie nur schwer auf unerwartete Störungen reagieren können. Aus diesem Grund kommen die meisten Menschen nur selten mit Robotern in Berührung. Haushaltsroboter für Reinigungs- und Wartungsarbeiten sind jedoch in den Industrieländern immer häufiger in und um Haushalte zu finden. Auch im militärischen Bereich sind Roboter zu finden. ⓘ
Industrieroboter (Manipulation)
Industrieroboter bestehen in der Regel aus einem Gelenkarm (mehrgliedriger Manipulator) und einem Endeffektor, der an einer festen Oberfläche befestigt ist. Eine der gängigsten Arten von Endeffektoren ist eine Greiferbaugruppe. ⓘ
Die Internationale Organisation für Normung gibt in der ISO 8373 eine Definition des manipulierenden Industrieroboters: "ein automatisch gesteuerter, umprogrammierbarer, in drei oder mehr Achsen programmierbarer Mehrzweckmanipulator, der entweder ortsfest oder beweglich sein kann, für den Einsatz in industriellen Automatisierungsanwendungen." ⓘ
Diese Definition wird von der International Federation of Robotics, dem European Robotics Research Network (EURON) und vielen nationalen Normenausschüssen verwendet. ⓘ
Serviceroboter
Bei Industrierobotern handelt es sich in der Regel um feststehende Roboterarme und Manipulatoren, die hauptsächlich für die Produktion und den Vertrieb von Waren eingesetzt werden. Der Begriff "Serviceroboter" ist weniger klar definiert. Die International Federation of Robotics hat eine vorläufige Definition vorgeschlagen: "Ein Serviceroboter ist ein Roboter, der halb- oder vollautonom arbeitet, um Dienstleistungen zu erbringen, die für das Wohlergehen von Menschen und Anlagen nützlich sind, mit Ausnahme von Produktionsvorgängen". ⓘ
Pädagogische (interaktive) Roboter
Roboter werden als pädagogische Assistenten für Lehrer eingesetzt. Seit den 1980er Jahren werden Roboter wie z. B. Schildkröten in Schulen eingesetzt und mit der Sprache Logo programmiert. ⓘ
Es gibt Roboterbausätze wie Lego Mindstorms, BIOLOID, OLLO von ROBOTIS oder BotBrain Educational Robots, mit denen Kinder etwas über Mathematik, Physik, Programmierung und Elektronik lernen können. Die Robotik hat auch in Form von Roboterwettbewerben der Firma FIRST (For Inspiration and Recognition of Science and Technology) Einzug in das Leben von Grundschülern und Gymnasiasten gehalten. Die Organisation ist die Grundlage für die Wettbewerbe FIRST Robotics Competition, FIRST Tech Challenge, FIRST Lego League Challenge und FIRST Lego League Explore. ⓘ
Es gab auch schon Roboter wie den Lehrcomputer Leachim (1974). Leachim war ein frühes Beispiel für die Sprachsynthese mit der Diphone-Synthese-Methode. 2-XL (1976) war ein roboterförmiges Spiel-/Lernspielzeug, das auf der Verzweigung zwischen Tonspuren auf einem 8-Spur-Kassettenspieler basierte, beide erfunden von Michael J. Freeman. Später wurde das 8-Spur-Tonbandgerät auf Tonbandkassetten und dann auf Digitaltechnik umgestellt. ⓘ
Modularer Roboter
Modulare Roboter sind eine neue Art von Robotern, die den Einsatz von Robotern durch Modularisierung ihrer Architektur verbessern sollen. Die Funktionalität und Effektivität eines modularen Roboters ist im Vergleich zu herkömmlichen Robotern leichter zu steigern. Diese Roboter bestehen aus einem einzigen identischen Typ, aus mehreren verschiedenen identischen Modultypen oder aus ähnlich geformten Modulen, die sich in ihrer Größe unterscheiden. Ihre architektonische Struktur ermöglicht eine Hyper-Redundanz für modulare Roboter, da sie mit mehr als 8 Freiheitsgraden (DOF) konstruiert werden können. Die Programmierung, inverse Kinematik und Dynamik von modularen Robotern ist komplexer als bei herkömmlichen Robotern. Modulare Roboter können aus L-förmigen Modulen, kubischen Modulen, U- und H-förmigen Modulen zusammengesetzt sein. Die ANAT-Technologie, eine frühe modulare Robotertechnologie, die von Robotics Design Inc. patentiert wurde, ermöglicht die Herstellung modularer Roboter aus U- und H-förmigen Modulen, die sich zu einer Kette verbinden lassen und zur Bildung heterogener und homogener modularer Robotersysteme verwendet werden. Diese "ANAT-Roboter" können mit "n" Freiheitsgraden konstruiert werden, da jedes Modul ein komplettes motorisiertes Robotersystem ist, das sich relativ zu den davor und danach in der Kette angeschlossenen Modulen falten lässt, so dass ein einzelnes Modul einen Freiheitsgrad ermöglicht. Je mehr Module miteinander verbunden sind, desto mehr Freiheitsgrade hat es. L-förmige Module können auch in einer Kette konstruiert werden und müssen mit zunehmender Größe der Kette immer kleiner werden, da die am Ende der Kette angebrachten Nutzlasten die weiter von der Basis entfernten Module stärker belasten. Bei den H-förmigen Modulen von ANAT tritt dieses Problem nicht auf, da die Konstruktion eines modularen Roboters es ermöglicht, Druck und Stöße gleichmäßig auf die anderen angebrachten Module zu verteilen, so dass die Tragfähigkeit mit zunehmender Länge des Arms nicht abnimmt. Modulare Roboter können manuell oder selbst umkonfiguriert werden, um einen anderen Roboter zu bilden, der verschiedene Anwendungen ausführen kann. Da modulare Roboter desselben Architekturtyps aus Modulen zusammengesetzt sind, die verschiedene modulare Roboter bilden, kann ein Schlangenarmroboter mit einem anderen kombiniert werden, um einen zwei- oder vierarmigen Roboter zu bilden, oder er kann sich in mehrere mobile Roboter aufteilen, und mobile Roboter können sich in mehrere kleinere aufteilen oder mit anderen zu einem größeren oder anderen Roboter kombinieren. Dadurch kann ein einzelner modularer Roboter sowohl auf eine einzige Aufgabe als auch auf mehrere verschiedene Aufgaben spezialisiert werden. ⓘ
Die modulare Robotertechnologie wird derzeit in den Bereichen Hybridtransport, Industrieautomatisierung, Kanalreinigung und Handling eingesetzt. Zahlreiche Forschungszentren und Universitäten haben sich mit dieser Technologie befasst und Prototypen entwickelt. ⓘ
Kollaborative Roboter
Ein kollaborativer Roboter oder Cobot ist ein Roboter, der bei der Ausführung einfacher industrieller Aufgaben sicher und effektiv mit menschlichen Arbeitskräften interagieren kann. Die Endeffektoren und andere Umgebungsbedingungen können jedoch Gefahren bergen, weshalb vor dem Einsatz einer industriellen Bewegungssteuerungsanwendung eine Risikobewertung durchgeführt werden sollte. ⓘ
Die heute in der Industrie am häufigsten eingesetzten kollaborativen Roboter werden von Universal Robots in Dänemark hergestellt. ⓘ
Rethink Robotics - gegründet von Rodney Brooks, der zuvor bei iRobot tätig war - stellte im September 2012 den Baxter vor, einen Industrieroboter, der für die sichere Interaktion mit benachbarten menschlichen Arbeitern konzipiert ist und für die Ausführung einfacher Aufgaben programmiert werden kann. Baxter stoppt, wenn er einen Menschen im Weg seiner Roboterarme erkennt, und verfügt über auffällige Aus-Schalter. Sie sind für den Verkauf an kleine Unternehmen bestimmt und werden als das robotische Gegenstück zum Personal Computer beworben. Bis Mai 2014 haben 190 Unternehmen in den USA Baxters gekauft, und im Vereinigten Königreich werden sie bereits kommerziell genutzt. ⓘ
Roboter in der Gesellschaft
Etwa die Hälfte aller Roboter auf der Welt befindet sich in Asien, 32 % in Europa, 16 % in Nordamerika, 1 % in Australasien und 1 % in Afrika. 40 % aller Roboter auf der Welt befinden sich in Japan, womit Japan das Land mit der höchsten Anzahl an Robotern ist. ⓘ
Autonomie und ethische Fragen
In dem Maße, in dem Roboter immer fortschrittlicher und ausgeklügelter werden, haben sich Experten und Wissenschaftler zunehmend mit der Frage beschäftigt, welche ethischen Grundsätze für das Verhalten von Robotern gelten könnten und ob Roboter in der Lage sein könnten, soziale, kulturelle, ethische oder rechtliche Rechte einzufordern. Ein Wissenschaftsteam hält es für möglich, dass es bis 2019 ein Robotergehirn geben wird. Andere sagen den Durchbruch der Roboterintelligenz bis 2050 voraus. Jüngste Fortschritte haben das Verhalten von Robotern immer ausgefeilter gemacht. Die sozialen Auswirkungen intelligenter Roboter sind Gegenstand eines Dokumentarfilms aus dem Jahr 2010 mit dem Titel Plug & Pray. ⓘ
Vernor Vinge hat vorgeschlagen, dass ein Moment kommen könnte, in dem Computer und Roboter intelligenter sind als Menschen. Er nennt dies "die Singularität". Er weist darauf hin, dass dies für die Menschen etwas oder sogar sehr gefährlich sein könnte. Dies wird in einer Philosophie namens Singularitarismus diskutiert. ⓘ
Im Jahr 2009 diskutierten Experten auf einer Konferenz der Association for the Advancement of Artificial Intelligence (AAAI), ob Computer und Roboter in der Lage sein könnten, Autonomie zu erlangen, und inwieweit diese Fähigkeiten eine Bedrohung oder Gefahr darstellen könnten. Sie stellten fest, dass einige Roboter verschiedene Formen der Halbautonomie erlangt haben, darunter die Fähigkeit, selbständig Stromquellen zu finden und Ziele für einen Angriff mit Waffen auszuwählen. Sie stellten auch fest, dass einige Computerviren sich der Eliminierung entziehen können und eine "Kakerlakenintelligenz" entwickelt haben. Sie wiesen darauf hin, dass ein Selbstbewusstsein, wie es in Science-Fiction-Filmen dargestellt wird, wahrscheinlich unwahrscheinlich ist, aber dass es andere potenzielle Gefahren und Fallstricke gibt. Verschiedene Medien und wissenschaftliche Gruppen haben unterschiedliche Trends in verschiedenen Bereichen festgestellt, die zusammen zu einer größeren Funktionalität und Autonomie von Robotern führen könnten und die einige inhärente Bedenken mit sich bringen. ⓘ
Militärroboter
Einige Experten und Wissenschaftler haben den Einsatz von Robotern im militärischen Bereich in Frage gestellt, insbesondere dann, wenn diese Roboter über ein gewisses Maß an autonomen Funktionen verfügen. Es gibt auch Bedenken hinsichtlich der Technologie, die es ermöglichen könnte, dass einige bewaffnete Roboter hauptsächlich von anderen Robotern gesteuert werden. Die US-Marine hat einen Bericht finanziert, aus dem hervorgeht, dass mit zunehmender Komplexität der Militärroboter den Auswirkungen ihrer Fähigkeit, autonome Entscheidungen zu treffen, größere Aufmerksamkeit geschenkt werden sollte. Ein Forscher erklärt, dass autonome Roboter humaner sein könnten, da sie effizienter Entscheidungen treffen könnten. Andere Experten stellen dies jedoch in Frage. ⓘ
Vor allem ein Roboter, der EATR, hat in der Öffentlichkeit Bedenken wegen seiner Treibstoffquelle geweckt, da er sich ständig mit organischen Substanzen auftanken kann. Obwohl der Motor des EATR auf Biomasse und Pflanzen ausgelegt ist, die von seinen Sensoren speziell ausgewählt werden und die er auf Schlachtfeldern oder in anderen lokalen Umgebungen finden kann, hat das Projekt erklärt, dass auch Hühnerfett verwendet werden kann. ⓘ
Manuel De Landa stellte fest, dass "intelligente Raketen" und autonome Bomben, die mit einer künstlichen Wahrnehmung ausgestattet sind, als Roboter betrachtet werden können, da sie einen Teil ihrer Entscheidungen selbständig treffen. Seiner Meinung nach ist dies ein wichtiger und gefährlicher Trend, bei dem der Mensch wichtige Entscheidungen an Maschinen abgibt. ⓘ
Verhältnis zur Arbeitslosigkeit
Seit Jahrhunderten wird vorausgesagt, dass Maschinen Arbeitnehmer überflüssig machen und die Arbeitslosigkeit erhöhen würden, obwohl die Ursachen für die Arbeitslosigkeit meist in der Sozialpolitik zu suchen sind. ⓘ
Ein aktuelles Beispiel für die Ersetzung von Menschen ist das taiwanesische Technologieunternehmen Foxconn, das im Juli 2011 einen Dreijahresplan zur Ersetzung von Arbeitnehmern durch mehr Roboter ankündigte. Derzeit setzt das Unternehmen zehntausend Roboter ein, will diese Zahl aber innerhalb von drei Jahren auf eine Million erhöhen. ⓘ
Juristen haben spekuliert, dass die zunehmende Verbreitung von Robotern am Arbeitsplatz dazu führen könnte, dass die Entlassungsgesetze verbessert werden müssen. ⓘ
Kevin J. Delaney sagte: "Roboter nehmen den Menschen die Arbeitsplätze weg. Bill Gates ist jedoch der Meinung, dass Regierungen den Einsatz von Robotern durch Unternehmen besteuern sollten, um die Ausbreitung der Automatisierung zumindest vorübergehend zu verlangsamen und andere Arten von Arbeitsplätzen zu finanzieren." Die Robotersteuer würde auch dazu beitragen, den verdrängten Arbeitnehmern einen garantierten existenzsichernden Lohn zu zahlen. ⓘ
Der Weltentwicklungsbericht 2019 der Weltbank legt Beweise dafür vor, dass die Automatisierung zwar Arbeitnehmer verdrängt, technologische Innovationen aber unter dem Strich mehr neue Industrien und Arbeitsplätze schaffen. ⓘ
Zeitgemäße Anwendungen
Gegenwärtig gibt es zwei Haupttypen von Robotern, die sich nach ihrem Verwendungszweck unterscheiden: autonome Allzweckroboter und Spezialroboter. ⓘ
Roboter können nach ihrem spezifischen Zweck klassifiziert werden. Ein Roboter kann so konzipiert sein, dass er eine bestimmte Aufgabe besonders gut oder eine Reihe von Aufgaben weniger gut erfüllt. Alle Roboter können umprogrammiert werden, um sich anders zu verhalten, aber einige sind durch ihre physische Form eingeschränkt. Ein Fabrikroboterarm kann zum Beispiel Aufgaben wie Schneiden, Schweißen, Kleben oder ein Fahrgeschäft übernehmen, während ein Bestückungsroboter nur Leiterplatten bestücken kann. ⓘ
Autonome Allzweckroboter
Autonome Allzweckroboter können eine Vielzahl von Funktionen unabhängig voneinander ausführen. Autonome Allzweckroboter können in der Regel selbstständig in bekannten Räumen navigieren, sich selbst aufladen, mit elektronischen Türen und Aufzügen kommunizieren und andere grundlegende Aufgaben ausführen. Wie Computer können Allzweckroboter mit Netzwerken, Software und Zubehör verbunden werden, um ihren Nutzen zu erhöhen. Sie können Menschen oder Gegenstände erkennen, sprechen, sie begleiten, die Umweltqualität überwachen, auf Alarme reagieren, Vorräte abholen und andere nützliche Aufgaben erfüllen. Allzweckroboter können eine Vielzahl von Funktionen gleichzeitig ausführen oder zu verschiedenen Zeiten des Tages unterschiedliche Aufgaben übernehmen. Einige dieser Roboter versuchen, den Menschen zu imitieren und können ihm sogar im Aussehen ähneln; diese Art von Robotern wird als humanoide Roboter bezeichnet. Diese Art von Robotern wird als humanoider Roboter bezeichnet. Humanoide Roboter befinden sich noch in einem sehr begrenzten Stadium, da bisher noch kein humanoider Roboter in der Lage ist, sich in einem Raum zurechtzufinden, den er noch nie betreten hat. Daher sind humanoide Roboter trotz ihres intelligenten Verhaltens in den ihnen bekannten Umgebungen noch recht begrenzt. ⓘ
Fabrikroboter
Autoproduktion
In den letzten drei Jahrzehnten wurden die Automobilfabriken von Robotern beherrscht. In einer typischen Fabrik arbeiten Hunderte von Industrierobotern an vollautomatischen Fertigungsstraßen, wobei ein Roboter auf zehn menschliche Arbeiter kommt. In einer automatisierten Fertigungsstraße wird ein Fahrzeugchassis auf einem Förderband geschweißt, geklebt, lackiert und schließlich an einer Reihe von Roboterstationen zusammengebaut. ⓘ
Verpackung
Industrieroboter werden auch in großem Umfang zum Palettieren und Verpacken von Produkten eingesetzt, z. B. zum schnellen Abnehmen von Getränkekartons vom Ende eines Förderbands und zum Einsetzen in Kartons oder zum Be- und Entladen von Bearbeitungszentren. ⓘ
Elektronik
In der Massenproduktion werden Leiterplatten (PCBs) fast ausschließlich von Pick-and-Place-Robotern, in der Regel mit SCARA-Manipulatoren, hergestellt, die winzige elektronische Bauteile aus Streifen oder Trays entnehmen und mit großer Genauigkeit auf die Leiterplatten setzen. Solche Roboter können Hunderttausende von Bauteilen pro Stunde platzieren und sind dem Menschen in puncto Geschwindigkeit, Genauigkeit und Zuverlässigkeit weit überlegen. ⓘ
Automatisch gesteuerte Fahrzeuge (AGVs)
Mobile Roboter, die Markierungen oder Drähten im Boden folgen oder Visionen oder Laser verwenden, werden für den Transport von Waren in großen Einrichtungen wie Lagerhäusern, Containerhäfen oder Krankenhäusern eingesetzt. ⓘ
Frühe AGV-ähnliche Roboter
Begrenzt auf Aufgaben, die genau definiert werden konnten und jedes Mal auf die gleiche Weise ausgeführt werden mussten. Es war nur sehr wenig Feedback oder Intelligenz erforderlich, und die Roboter brauchten nur die einfachsten Exterozeptoren (Sensoren). Die Grenzen dieser FTS liegen darin, dass sie ihre Bahnen nicht leicht ändern können und dass sie ihre Bahnen nicht ändern können, wenn Hindernisse sie blockieren. Wenn ein AGV ausfällt, kann dies den gesamten Betrieb zum Stillstand bringen. ⓘ
Vorläufige AGV-Technologien
Entwickelt, um die Triangulation von Baken oder Barcode-Gittern zum Scannen auf dem Boden oder an der Decke einzusetzen. In den meisten Fabriken erfordern Triangulationssysteme in der Regel einen mittleren bis hohen Wartungsaufwand, z. B. die tägliche Reinigung aller Baken oder Strichcodes. Außerdem können FTS verloren gehen, wenn eine hohe Palette oder ein großes Fahrzeug die Baken blockiert oder ein Strichcode beschädigt ist. Häufig sind solche AGVs für den Einsatz in menschenleeren Umgebungen konzipiert. ⓘ
Intelligente AGVs (i-AGVs)
wie SmartLoader, SpeciMinder, ADAM, Tug Eskorta und MT 400 mit Motivity sind für menschenfreundliche Arbeitsumgebungen konzipiert. Sie navigieren durch Erkennung natürlicher Merkmale. 3D-Scanner oder andere Mittel zur Erfassung der Umgebung in zwei oder drei Dimensionen helfen, kumulative Fehler bei der Berechnung der aktuellen Position des FTS zu vermeiden. Einige FTS können mit Hilfe von Scanning-Lasern mit gleichzeitiger Lokalisierung und Kartierung (SLAM) Karten ihrer Umgebung erstellen und diese Karten zur Navigation in Echtzeit mit anderen Algorithmen zur Wegplanung und Hindernisvermeidung verwenden. Sie sind in der Lage, in komplexen Umgebungen zu operieren und nicht repetitive und nicht sequentielle Aufgaben zu erfüllen, wie z. B. den Transport von Fotomasken in einem Halbleiterlabor, von Proben in Krankenhäusern und von Waren in Lagerhäusern. Für dynamische Bereiche, wie z. B. Lagerhäuser voller Paletten, benötigen FTS zusätzliche Strategien mit dreidimensionalen Sensoren, wie z. B. Time-of-Flight- oder Stereovisionskameras. ⓘ
Schmutzige, gefährliche, langweilige oder unzugängliche Aufgaben
Es gibt viele Aufgaben, die Menschen lieber Robotern überlassen würden. Die Arbeit kann langweilig sein, wie z. B. das Reinigen von Haushalten oder das Markieren von Sportplätzen, oder gefährlich, wie z. B. die Erkundung eines Vulkans. Andere Aufgaben sind physisch unzugänglich, z. B. die Erforschung eines anderen Planeten, die Reinigung eines langen Rohrs oder die Durchführung einer laparoskopischen Operation. ⓘ
Raumsonden
Fast jede unbemannte Raumsonde, die jemals gestartet wurde, war ein Roboter. Einige wurden in den 1960er Jahren mit sehr begrenzten Fähigkeiten gestartet, aber ihre Fähigkeit zu fliegen und zu landen (im Fall von Luna 9) ist ein Hinweis auf ihren Status als Roboter. Dazu gehören u. a. die Voyager-Sonden und die Galileo-Sonden. ⓘ
Teleroboter
Ferngesteuerte Roboter oder Teleroboter sind Geräte, die von einem menschlichen Bediener aus der Ferne gesteuert werden, anstatt einer vorgegebenen Bewegungsfolge zu folgen, und die sich halbautonom verhalten. Sie werden eingesetzt, wenn ein Mensch nicht vor Ort sein kann, um eine Aufgabe auszuführen, weil sie gefährlich, weit entfernt oder unzugänglich ist. Der Roboter kann sich in einem anderen Raum oder in einem anderen Land befinden oder sich in einer ganz anderen Größenordnung als der Bediener befinden. Ein laparoskopischer Operationsroboter beispielsweise ermöglicht es dem Chirurgen, im Vergleich zur offenen Chirurgie in einem relativ kleinen Maßstab im Inneren eines menschlichen Patienten zu arbeiten, was die Genesungszeit erheblich verkürzt. Sie können auch eingesetzt werden, um zu vermeiden, dass die Arbeiter gefährlichen und engen Räumen ausgesetzt sind, wie z. B. bei der Kanalreinigung. Bei der Entschärfung einer Bombe schickt der Betreiber einen kleinen Roboter, um sie zu entschärfen. Mehrere Autoren haben ein Gerät namens Longpen verwendet, um Bücher aus der Ferne zu signieren. Ferngesteuerte Roboterflugzeuge, wie das unbemannte Luftfahrzeug Predator, werden zunehmend vom Militär eingesetzt. Diese unbemannten Drohnen können das Gelände absuchen und auf Ziele schießen. Hunderte von Robotern wie der Packbot von iRobot und der Foster-Miller TALON werden im Irak und in Afghanistan vom US-Militär zur Entschärfung von Bomben am Straßenrand oder von improvisierten Sprengsätzen (IEDs) eingesetzt (EOD = explosive ordnance disposal). ⓘ
Automatisierte Obsterntemaschinen
Roboter werden eingesetzt, um die Obsternte auf Obstplantagen zu automatisieren, und zwar zu Kosten, die unter denen von menschlichen Pflückern liegen. ⓘ
Haushaltsroboter
Haushaltsroboter sind einfache Roboter, die für eine einzige Aufgabe im Haushalt eingesetzt werden. Sie werden für einfache, aber oft ungeliebte Arbeiten wie Staubsaugen, Bodenwaschen und Rasenmähen eingesetzt. Ein Beispiel für einen Haushaltsroboter ist ein Roomba. ⓘ
Militärroboter
Zu den Militärrobotern gehört der SWORDS-Roboter, der derzeit im Bodenkampf eingesetzt wird. Er ist in der Lage, eine Vielzahl von Waffen zu benutzen, und es gibt Überlegungen, ihm in Kampfsituationen ein gewisses Maß an Autonomie zu verleihen. ⓘ
Unbemannte Kampfflugzeuge (Unmanned Combat Air Vehicles, UCAVs), die eine Weiterentwicklung der UAVs sind, können eine Vielzahl von Aufgaben übernehmen, darunter auch Kampfeinsätze. Es werden UCAVs wie das BAE Systems Mantis entwickelt, die in der Lage sind, selbst zu fliegen, ihren Kurs und ihr Ziel selbst zu bestimmen und die meisten Entscheidungen selbst zu treffen. Das BAE Taranis ist ein von Großbritannien gebautes UCAV, das ohne Pilot über Kontinente fliegen kann und über neue Mittel verfügt, um nicht entdeckt zu werden. Die Flugversuche werden voraussichtlich 2011 beginnen. ⓘ
Die AAAI hat sich eingehend mit diesem Thema befasst, und ihr Präsident hat eine Studie in Auftrag gegeben, die sich mit dieser Frage befasst. ⓘ
Einige haben vorgeschlagen, eine "freundliche KI" zu entwickeln, was bedeutet, dass die Fortschritte, die bei der KI bereits erzielt werden, auch Bemühungen umfassen sollten, die KI von sich aus freundlich und menschlich zu machen. Berichten zufolge gibt es bereits mehrere solcher Maßnahmen. Länder mit hohem Roboteraufkommen wie Japan und Südkorea haben damit begonnen, Vorschriften zu erlassen, die die Ausstattung von Robotern mit Sicherheitssystemen vorschreiben, und möglicherweise auch eine Reihe von "Gesetzen", die den Drei Gesetzen der Robotik von Asimov ähneln. Ein offizieller Bericht wurde 2009 vom Ausschuss für Roboterindustriepolitik der japanischen Regierung veröffentlicht. Chinesische Beamte und Forscher haben einen Bericht herausgegeben, in dem sie eine Reihe von ethischen Regeln und eine Reihe von neuen rechtlichen Richtlinien vorschlagen, die als "Robot Legal Studies" bezeichnet werden. Es wurde Besorgnis darüber geäußert, dass Roboter möglicherweise offensichtliche Unwahrheiten erzählen. ⓘ
Bergbau-Roboter
Bergbauroboter sollen eine Reihe von Problemen lösen, mit denen die Bergbauindustrie derzeit konfrontiert ist. Dazu gehören der Fachkräftemangel, die Verbesserung der Produktivität bei sinkenden Erzgehalten und das Erreichen von Umweltzielen. Aufgrund der Gefährlichkeit des Bergbaus, insbesondere des Untertagebaus, hat die Verbreitung von autonomen, halbautonomen und ferngesteuerten Robotern in letzter Zeit stark zugenommen. Eine Reihe von Fahrzeugherstellern bietet autonome Züge, Lastwagen und Lader an, die Material laden, es auf dem Minengelände zu seinem Bestimmungsort transportieren und entladen können, ohne dass ein menschliches Eingreifen erforderlich ist. Einer der größten Bergbaukonzerne der Welt, Rio Tinto, hat kürzlich seine autonome Lkw-Flotte auf die weltweit größte erweitert, die aus 150 autonomen Komatsu-Lkw besteht und in Westaustralien im Einsatz ist. In ähnlicher Weise hat BHP die Erweiterung seiner autonomen Bohrerflotte auf die weltweit größte Flotte von 21 autonomen Atlas Copco-Bohrern angekündigt. ⓘ
Bohr-, Streb- und Gesteinsbrechmaschinen sind jetzt auch als autonome Roboter verfügbar. Das Atlas Copco Rig Control System kann autonom einen Bohrplan auf einer Bohranlage ausführen, die Anlage mit Hilfe von GPS in Position bringen, die Bohranlage einrichten und bis zu einer bestimmten Tiefe bohren. In ähnlicher Weise kann das Transmin Rocklogic-System automatisch einen Weg planen, um einen Felsbrecher an einem ausgewählten Ziel zu positionieren. Diese Systeme erhöhen die Sicherheit und Effizienz von Bergbauarbeiten erheblich. ⓘ
Gesundheitswesen
Roboter im Gesundheitswesen haben zwei Hauptfunktionen. Diejenigen, die dem Einzelnen helfen, z. B. bei einer Krankheit wie Multipler Sklerose, und diejenigen, die das Gesamtsystem unterstützen, z. B. in Apotheken und Krankenhäusern. ⓘ
Hausautomatisierung für ältere und behinderte Menschen
Die in der Hausautomatisierung eingesetzten Roboter haben sich im Laufe der Zeit von einfachen Assistenzrobotern wie dem Handy 1 zu halbautonomen Robotern wie FRIEND entwickelt, die älteren und behinderten Menschen bei alltäglichen Aufgaben helfen können. ⓘ
In vielen Ländern, insbesondere in Japan, altert die Bevölkerung, was bedeutet, dass es immer mehr ältere Menschen gibt, die gepflegt werden müssen, aber relativ wenig junge Menschen, die sie pflegen können. Menschen sind die besten Pflegekräfte, aber wo sie nicht zur Verfügung stehen, werden nach und nach Roboter eingesetzt. ⓘ
FRIEND ist ein halbautonomer Roboter, der behinderte und ältere Menschen bei alltäglichen Tätigkeiten wie der Zubereitung und dem Servieren von Mahlzeiten unterstützt. FRIEND ermöglicht es Patienten, die querschnittsgelähmt sind, Muskelkrankheiten oder schwere Lähmungen (z. B. nach einem Schlaganfall) haben, Aufgaben ohne die Hilfe anderer Personen wie Therapeuten oder Pflegepersonal zu erledigen. ⓘ
Serviceroboter verrichten selbständig Arbeiten im Haushalt. Bekannte Anwendungen umfassen:
- Staubsaugerroboter, beispielsweise von Electrolux, Siemens oder iRobot
- Bodenwischroboter
- Rasenmähroboter
- Fensterreinigungsroboter
- Assistenzroboter bzw. AAL-Roboter (Ambient Assisted Living), beispielsweise der Assistenzroboter FRIEND, der am Institut für Automatisierungstechnik der Universität Bremen entwickelt wurde und behinderte und ältere Personen bei den Aktivitäten des täglichen Lebens unterstützen und ihnen eine Reintegration ins Berufsleben ermöglichen soll, oder Care-O-bot.
- Mobilisse, Sprachgesteuerter Auskunfts- und Serviceroboter im Verkehrsumfeld die z. B. für mobilitätseingeschränkte Reisende einfache Handgriffe erledigen und schwere Lasten abnehmen (Information, Wegeleitung, Gepäcktransport, Einstiegshilfe). ⓘ
Apotheken
Script Pro stellt einen Roboter her, der Apotheken beim Ausfüllen von Rezepten helfen soll, die aus oralen Feststoffen oder Medikamenten in Pillenform bestehen. Der Apotheker oder Apothekentechniker gibt die Rezeptinformationen in sein Informationssystem ein. Das System stellt fest, ob das Medikament im Roboter enthalten ist, und schickt die Informationen zum Abfüllen an den Roboter. Der Roboter verfügt über 3 unterschiedlich große Fläschchen, die er je nach Größe der Pille befüllen kann. Der Robotertechniker, der Benutzer oder der Apotheker bestimmt die benötigte Größe des Fläschchens anhand der Tablette, wenn der Roboter bestückt ist. Sobald das Fläschchen gefüllt ist, wird es auf ein Förderband gebracht, das es zu einem Halter bringt, der das Fläschchen dreht und das Patientenetikett anbringt. Anschließend wird es auf ein anderes Förderband gesetzt, das das Medikamentenfläschchen des Patienten in einen Schlitz befördert, der mit dem Namen des Patienten auf einer LED-Anzeige beschriftet ist. Der Apotheker oder Techniker überprüft dann den Inhalt des Fläschchens, um sicherzustellen, dass es sich um das richtige Medikament für den richtigen Patienten handelt, versiegelt das Fläschchen und schickt es zur Abholung nach vorne. ⓘ
Der Robot RX von McKesson ist ein weiteres Robotikprodukt für das Gesundheitswesen, das Apotheken dabei hilft, täglich Tausende von Medikamenten mit wenigen oder gar keinen Fehlern auszugeben. Der Roboter kann drei Meter breit und dreißig Meter lang sein und Hunderte von verschiedenen Medikamenten und Tausende von Dosen aufnehmen. Die Apotheke spart viele Ressourcen wie z. B. Mitarbeiter, die in einer ressourcenarmen Branche sonst nicht zur Verfügung stehen. Sie verwendet einen elektromechanischen Kopf, der mit einem pneumatischen System gekoppelt ist, um jede Dosis zu erfassen und sie entweder an den Lagerort oder an den Ort der Abgabe zu bringen. Der Kopf bewegt sich entlang einer einzigen Achse, während er sich um 180 Grad dreht, um die Medikamente zu entnehmen. Während dieses Vorgangs nutzt er die Barcode-Technologie, um zu überprüfen, ob er das richtige Medikament entnimmt. Anschließend gibt er das Medikament auf einem Förderband in einen patientenspezifischen Behälter ab. Sobald der Behälter mit allen Medikamenten gefüllt ist, die ein bestimmter Patient benötigt und die der Roboter vorrätig hat, wird der Behälter freigegeben und auf dem Förderband an einen Techniker zurückgegeben, der darauf wartet, ihn in einen Wagen zu laden, um ihn auf die Etage zu bringen. ⓘ
Forschungsroboter
Während die meisten Roboter heute in Fabriken oder Privathaushalten eingesetzt werden, um Arbeit oder lebensrettende Aufgaben zu übernehmen, werden in Labors auf der ganzen Welt viele neue Robotertypen entwickelt. Ein großer Teil der Forschung im Bereich der Robotik konzentriert sich nicht auf spezifische industrielle Aufgaben, sondern auf die Erforschung neuer Robotertypen, alternativer Denkweisen und Konstruktionsweisen sowie neuer Fertigungsmethoden. Es wird erwartet, dass diese neuen Arten von Robotern in der Lage sein werden, reale Probleme zu lösen, wenn sie schließlich realisiert werden. ⓘ
Bionische und biomimetische Roboter
Ein Ansatz für die Entwicklung von Robotern besteht darin, sie auf der Grundlage von Tieren zu entwickeln. BionicKangaroo wurde durch das Studium und die Anwendung der Physiologie und der Fortbewegungsmethoden eines Kängurus entworfen und entwickelt. ⓘ
Nanoroboter
Die Nanorobotik ist ein aufstrebendes Technologiefeld, das sich mit der Entwicklung von Maschinen oder Robotern befasst, deren Komponenten auf der mikroskopischen Skala eines Nanometers (10-9 Meter) oder in der Nähe davon liegen. Sie werden auch als "Nanobots" oder "Naniten" bezeichnet und sind aus molekularen Maschinen aufgebaut. Bisher haben die Forscher meist nur Teile dieser komplexen Systeme hergestellt, wie z. B. Lager, Sensoren und synthetische molekulare Motoren, aber es wurden auch funktionierende Roboter hergestellt, wie z. B. die Teilnehmer am Nanobot Robocup-Wettbewerb. Die Forscher hoffen auch, ganze Roboter zu schaffen, die so klein wie Viren oder Bakterien sind und Aufgaben in winzigem Maßstab ausführen können. Zu den möglichen Anwendungen gehören die Mikrochirurgie (auf der Ebene einzelner Zellen), Gebrauchsnebel, Fertigung, Waffen und Reinigung. Einige haben behauptet, dass sich die Erde in "graue Schmiere" verwandeln würde, wenn es Nanoroboter gäbe, die sich fortpflanzen könnten, während andere diese Hypothese für unsinnig halten. ⓘ
Rekonfigurierbare Roboter
Einige Forscher haben sich mit der Möglichkeit befasst, Roboter zu schaffen, die ihre physische Form verändern können, um sich einer bestimmten Aufgabe anzupassen, wie der fiktive T-1000. Reale Roboter sind jedoch bei weitem nicht so ausgeklügelt und bestehen meist aus einer kleinen Anzahl würfelförmiger Einheiten, die sich relativ zu ihren Nachbarn bewegen können. Es wurden Algorithmen für den Fall entwickelt, dass solche Roboter Realität werden. ⓘ
Robotische, mobile Laboranten
Im Juli 2020 berichteten Wissenschaftler über die Entwicklung eines mobilen Chemieroboters und demonstrierten, dass dieser bei experimentellen Untersuchungen helfen kann. Den Wissenschaftlern zufolge bestand ihre Strategie darin, den Forscher anstelle der Instrumente zu automatisieren - und so den menschlichen Forschern Zeit für kreatives Denken zu verschaffen - und konnte Photokatalysatormischungen für die Wasserstoffproduktion aus Wasser identifizieren, die sechsmal aktiver waren als die ursprünglichen Formulierungen. Der modulare Roboter kann Laborinstrumente bedienen, fast rund um die Uhr arbeiten und je nach den Versuchsergebnissen selbständig Entscheidungen über sein weiteres Vorgehen treffen. ⓘ
Roboter mit weichen Körpern
Roboter mit Silikonkörpern und flexiblen Aktuatoren (Luftmuskeln, elektroaktive Polymere und Ferrofluide) sehen anders aus und fühlen sich anders an als Roboter mit starrem Skelett und können andere Verhaltensweisen zeigen. Weiche, flexible (und manchmal sogar matschige) Roboter werden oft entwickelt, um die Biomechanik von Tieren und anderen in der Natur vorkommenden Dingen zu imitieren, was zu neuen Anwendungen in der Medizin, der Pflege, der Suche und Rettung, der Handhabung und Herstellung von Lebensmitteln und der wissenschaftlichen Erforschung führt. ⓘ
Schwarmroboter
Inspiriert von Insektenkolonien wie Ameisen und Bienen, modellieren Forscher das Verhalten von Schwärmen tausender winziger Roboter, die gemeinsam eine nützliche Aufgabe erfüllen, z. B. etwas Verstecktes finden, putzen oder spionieren. Jeder einzelne Roboter ist recht einfach, aber das entstehende Verhalten des Schwarms ist komplexer. Die gesamte Gruppe von Robotern kann als ein einziges verteiltes System betrachtet werden, so wie ein Ameisenstaat als Superorganismus mit Schwarmintelligenz betrachtet werden kann. Zu den größten Schwärmen, die bisher entstanden sind, gehören der iRobot-Schwarm, das CentiBots-Projekt von SRI/MobileRobots und der Open-Source-Schwarm des Micro-robotic Project, die zur Erforschung kollektiver Verhaltensweisen eingesetzt werden. Schwärme sind auch widerstandsfähiger gegen Ausfälle. Während ein einzelner großer Roboter ausfallen und eine Mission zunichte machen kann, kann ein Schwarm auch dann weiterarbeiten, wenn mehrere Roboter ausfallen. Dies könnte sie für Weltraumforschungsmissionen attraktiv machen, bei denen ein Ausfall normalerweise sehr kostspielig ist. ⓘ
Roboter mit haptischer Schnittstelle
Die Robotik findet auch Anwendung bei der Entwicklung von Schnittstellen zur virtuellen Realität. Spezialisierte Roboter sind in der Haptik-Forschungsgemeinschaft weit verbreitet. Diese als "haptische Schnittstellen" bezeichneten Roboter ermöglichen eine berührungsgestützte Benutzerinteraktion mit realen und virtuellen Umgebungen. Mit Hilfe von Roboterkräften lassen sich die mechanischen Eigenschaften von "virtuellen" Objekten simulieren, die der Benutzer durch seinen Tastsinn erleben kann. ⓘ
Zeitgenössische Kunst und Bildhauerei
Roboter werden von zeitgenössischen Künstlern eingesetzt, um Werke zu schaffen, die mechanische Automatisierung beinhalten. Es gibt viele Zweige der Roboterkunst, einer davon ist die Roboter-Installationskunst, eine Art von Installationskunst, die so programmiert ist, dass sie mit Hilfe von Computern, Sensoren und Aktoren auf die Interaktionen des Betrachters reagiert. Das zukünftige Verhalten solcher Installationen kann daher durch Eingaben des Künstlers oder des Teilnehmers verändert werden, was diese Kunstwerke von anderen Arten kinetischer Kunst unterscheidet. ⓘ
Das Grand Palais in Paris organisierte 2018 die Ausstellung "Artists & Robots" mit Kunstwerken, die von mehr als vierzig Künstlern mit Hilfe von Robotern geschaffen wurden. ⓘ
Roboter in der Populärkultur
Literatur
Roboterfiguren, Androiden (künstliche Männer/Frauen) oder Gynoiden (künstliche Frauen) und Cyborgs (auch "bionische Männer/Frauen" oder Menschen mit erheblichen mechanischen Verbesserungen) sind ein fester Bestandteil der Science-Fiction geworden. ⓘ
Die erste Erwähnung von mechanischen Dienern in der westlichen Literatur findet sich in Homers Ilias. In Buch XVIII stellt Hephaistos, der Gott des Feuers, mit Hilfe von Robotern eine neue Rüstung für den Helden Achilles her. In der Übersetzung von Rieu heißt es: "Goldene Dienerinnen eilten ihrem Herrn zu Hilfe. Sie sahen aus wie echte Frauen und konnten nicht nur sprechen und ihre Gliedmaßen gebrauchen, sondern waren auch mit Intelligenz ausgestattet und von den unsterblichen Göttern in Handarbeit ausgebildet worden." Die Worte "Roboter" oder "Androide" werden nicht verwendet, um sie zu beschreiben, aber sie sind dennoch mechanische Geräte mit menschlichem Aussehen. "Die erste Verwendung des Wortes Roboter findet sich in Karel Čapeks Theaterstück R.U.R. (Rossum's Universal Robots) (geschrieben 1920)". Der Schriftsteller Karel Čapek wurde in der Tschechoslowakei (Tschechische Republik) geboren. ⓘ
Der wohl produktivste Autor des zwanzigsten Jahrhunderts war Isaac Asimov (1920-1992), der über fünfhundert Bücher veröffentlichte. Asimov ist wahrscheinlich am besten für seine Science-Fiction-Geschichten in Erinnerung geblieben, vor allem für die Geschichten über Roboter, in denen er Roboter und ihre Interaktion mit der Gesellschaft in den Mittelpunkt vieler seiner Werke stellte. Asimov befasste sich eingehend mit dem Problem der idealen Anweisungen, die Robotern gegeben werden könnten, um das Risiko für Menschen zu verringern, und kam zu seinen Drei Gesetzen der Robotik: Ein Roboter darf einen Menschen nicht verletzen oder durch Untätigkeit zulassen, dass ein Mensch zu Schaden kommt; ein Roboter muss Befehle befolgen, die ihm von Menschen gegeben werden, es sei denn, diese Befehle würden dem ersten Gesetz widersprechen; und ein Roboter muss seine eigene Existenz schützen, solange dieser Schutz nicht dem ersten oder zweiten Gesetz widerspricht. Diese Gesetze wurden in seiner Kurzgeschichte "Runaround" von 1942 eingeführt, obwohl sie in einigen früheren Geschichten bereits angedeutet wurden. Später fügte Asimov das Zeroth Law hinzu: "Ein Roboter darf der Menschheit keinen Schaden zufügen oder durch Untätigkeit zulassen, dass die Menschheit zu Schaden kommt"; die übrigen Gesetze werden nacheinander geändert, um dies anzuerkennen. ⓘ
Dem Oxford English Dictionary zufolge ist die erste Passage in Asimovs Kurzgeschichte "Liar!" (1941), in der das Erste Gesetz erwähnt wird, die früheste aufgezeichnete Verwendung des Wortes Robotik. Asimov war sich dessen zunächst nicht bewusst; er nahm an, dass das Wort in Analogie zu Mechanik, Hydraulik und anderen ähnlichen Begriffen, die Zweige des angewandten Wissens bezeichnen, bereits existierte. ⓘ
Filme
Roboter kommen in vielen Filmen vor. Die meisten Roboter im Kino sind fiktiv. Zwei der bekanntesten sind R2-D2 und C-3PO aus der Star-Wars-Reihe. ⓘ
Sexroboter
Das Konzept der humanoiden Sexroboter hat die Aufmerksamkeit der Öffentlichkeit auf sich gezogen und eine Debatte über ihre angeblichen Vorteile und möglichen Auswirkungen auf die Gesellschaft ausgelöst. Gegner argumentieren, dass die Einführung solcher Geräte sozial schädlich und erniedrigend für Frauen und Kinder wäre, während Befürworter ihre potenziellen therapeutischen Vorteile anführen, insbesondere bei der Unterstützung von Menschen mit Demenz oder Depressionen. ⓘ
In der Populärkultur dargestellte Probleme
In zahlreichen Büchern und Filmen wurden immer wieder Ängste und Bedenken gegenüber Robotern geäußert. Ein gemeinsames Thema ist die Entwicklung einer Herrenrasse von bewussten und hochintelligenten Robotern, die motiviert sind, die menschliche Rasse zu übernehmen oder zu vernichten. Frankenstein (1818), der oft als erster Science-Fiction-Roman bezeichnet wird, ist zum Synonym für das Thema eines Roboters oder Androiden geworden, der sich über seinen Schöpfer hinaus entwickelt. ⓘ
Andere Werke mit ähnlicher Thematik sind The Mechanical Man, The Terminator, Runaway, RoboCop, die Replikatoren in Stargate, die Zylonen in Battlestar Galactica, die Cybermen und Daleks in Doctor Who, The Matrix, Enthiran und I, Robot. Einige fiktionale Roboter sind darauf programmiert, zu töten und zu zerstören; andere erlangen übermenschliche Intelligenz und Fähigkeiten, indem sie ihre eigene Software und Hardware aufrüsten. Beispiele für populäre Medien, in denen der Roboter böse wird, sind 2001: Odyssee im Weltraum, Red Planet und Enthiran. ⓘ
Das Spiel Horizon Zero Dawn aus dem Jahr 2017 befasst sich mit den Themen Robotik in der Kriegsführung, Roboterethik und dem Problem der KI-Kontrolle sowie mit den positiven oder negativen Auswirkungen, die solche Technologien auf die Umwelt haben könnten. ⓘ
Ein weiteres häufiges Thema ist die manchmal als "unheimliches Tal" bezeichnete Reaktion des Unbehagens und sogar der Abscheu beim Anblick von Robotern, die den Menschen zu sehr imitieren. ⓘ
In jüngerer Zeit haben fiktionale Darstellungen von künstlich intelligenten Robotern in Filmen wie A.I. Artificial Intelligence und Ex Machina sowie in der 2016 erschienenen Fernsehadaption von Westworld beim Publikum Sympathie für die Roboter selbst geweckt. ⓘ
Definitionen
Während der Entwicklung von Handhabungsgeräten, die immer komplizierter wurden, kamen Entwickler auf die Idee, sie „Roboter“ zu nennen. Spätestens ab diesem Zeitpunkt wurde das Wort „Roboter“, welches ursprünglich nur für humanoide Roboter verwendet wurde, fast beliebig für verschiedene Geräte benutzt. Entsprechend unterschiedlich ist die Definition eines Roboters von Land zu Land. So kommt es, dass 1983 von Japan 47.000 dort installierte Roboter gemeldet wurden, von denen nach VDI-Richtlinie 2860 nicht einmal 3.000 als Roboter gegolten hätten. ⓘ
Definition nach VDI-Richtlinie 2860
„Industrieroboter sind universell einsetzbare Bewegungsautomaten mit mehreren Achsen, deren Bewegungen hinsichtlich Bewegungsfolge und Wegen bzw. Winkeln frei (d. h. ohne mechanischen bzw. menschlichen Eingriff) programmierbar und gegebenenfalls sensorgeführt sind. Sie sind mit Greifern, Werkzeugen oder anderen Fertigungsmitteln ausrüstbar und können Handhabungs- und/oder Fertigungsaufgaben ausführen.“
Definition nach Robotic Industries Association
“A robot is a reprogrammable, multifunctional manipulator designed to move material, parts, tools or specialized devices through variable programmed motions for the performance of a variety of tasks”
„Ein Roboter ist ein programmierbares Mehrzweck-Handhabungsgerät für das Bewegen von Material, Werkstücken, Werkzeugen oder Spezialgeräten. Der frei programmierbare Bewegungsablauf macht ihn für verschiedenste Aufgaben einsetzbar.“ ⓘ
Aktueller ist die Auffassung, dass man unter einem Roboter ein Gerät versteht, das mindestens über drei frei bewegliche Achsen verfügt. ⓘ
Definition nach JARA
Die Japan Robot Association gibt die folgenden Merkmale vor:
- Manual Manipulator: Handhabungsgerät, das kein Programm hat, sondern direkt vom Bediener geführt wird,
- Fixed Sequence Robot: Handhabungsgerät, das wiederholt nach einem konstanten Bewegungsmuster arbeitet. Das Ändern des Bewegungsmusters ist relativ aufwendig,
- Variable Sequence Robot: Handhabungsgerät, wie vorher beschrieben, jedoch mit der Möglichkeit, den Bewegungsablauf schnell und problemlos zu ändern,
- Playback Robot: Der Bewegungsablauf wird diesem Gerät einmal durch den Bediener vorgeführt und dabei im Programmspeicher gespeichert. Mit der im Speicher enthaltenen Information kann der Bewegungsablauf beliebig wiederholt werden,
- Numerical Control Robot: Dieses Handhabungsgerät arbeitet ähnlich wie eine NC-gesteuerte Maschine. Die Information über den Bewegungsablauf wird dem Gerät über Taster, Schalter oder Datenträger zahlenmäßig eingegeben,
- Intelligent Robot: Diese höchste Roboterklasse ist für Geräte gedacht, die über verschiedene Sensoren verfügen und damit in der Lage sind, den Programmablauf selbsttätig den Veränderungen des Werkstücks und der Umwelt anzupassen. ⓘ
Geschichte der Robotik
2004 waren zwei Millionen Roboter im Einsatz. Die deutsche Roboterbranche steigerte 2007 den Umsatz um 13 Prozent. Nach Erhebungen des Robotikverbandes International Federation of Robotics haben sich im Jahr 2014 die Verkäufe von Industrierobotern im Vergleich zum Vorjahr um 29 % auf 229.261 Stück erhöht. General Motors plant erste unbemannte Pkw im Test ab 2015[veraltet] und in der Serienproduktion ab 2018[veraltet] . ⓘ
Kulturgeschichte
In der Literatur und anderen Medien wird der Roboter vor allem als „Maschinenmensch“ thematisiert beziehungsweise als autonomes Maschinenwesen, das dem Menschen als Helfer oder aber als Bedrohung gegenübersteht. Der heute im allgemeinen Sprachgebrauch verwurzelte Begriff Roboter entstammt ursprünglich dem 1920 veröffentlichtem Theaterstück R.U.R. von Karel Čapek und ist ein Beispiel für die Wechselwirkung zwischen der Fiktion und dem realen Fortschritt der Technik. Roboter treten bereits in der Frühzeit des Films auf und sind, in unterschiedlichster Gestalt, ein wiederkehrendes Thema der Science-Fiction. ⓘ
Robotik
Durch die häufige Thematisierung von Robotern in Film und Literatur wurde auch die Wissenschaft aufmerksam auf diese Art der Maschinen. Das wissenschaftliche Gebiet, das sich mit der Konstruktion von Robotern beschäftigt, heißt Robotik. Der Begriff wurde 1942 von Isaac Asimov in seiner Kurzgeschichte Runaround erstmals erwähnt. Ein allgemeines theoretisches wissenschaftliches Gebiet, welches sich mit Robotern beschäftigt, gibt es nicht. Sie sind meist Teilgebiete der Elektrotechnik, Informatik, Mechatronik oder des Maschinenbaus. ⓘ
Technische Grundlagen
Technisch realisiert werden Roboter hauptsächlich im Zusammenspiel der Disziplinen Mechanik, Elektrotechnik und Informatik. Inzwischen hat sich aus der Verbindung dieser drei Disziplinen die Mechatronik entwickelt. Um autonome Systeme zu entwickeln, die eine gewisse Eigenständigkeit (beispielsweise beim Pathfinding) aufweisen, werden immer mehr wissenschaftliche Disziplinen in die Robotik eingebunden. Hier liegt ein Schwerpunkt der Verbindung von Konzepten der Künstlichen Intelligenz oder der Neuroinformatik und ihrer biologischen Vorbilder (Biologische Kybernetik). Aus der Verbindung von Biologie und Technik entstand wiederum die Bionik. ⓘ
Wichtigste Bestandteile eines Roboters sind die Sensoren zur Erfassung der Umwelt und der Achspositionen, die Aktoren zum Agieren innerhalb der erfassten Umgebung, die Robotersteuerung und das mechanische Gestell inklusive der Getriebe. Ein Roboter muss nicht unbedingt vollständig autonom handeln können. Darum unterscheidet man autonome und ferngesteuerte Roboter. ⓘ
Roboterkinematiken
Der mechanische Aufbau eines Roboters wird mit Hilfe der Kinematik beschrieben. Dabei sind folgende Kriterien von Bedeutung:
- Bewegungsform der Achsen
- Anzahl und Anordnung der Achsen
- Formen des Arbeitsraumes (kartesisch, zylindrisch, kugelig) ⓘ
Außerdem wird unterschieden in offene Kinematiken und geschlossene Kinematiken. Eine offene Kinematik ist dadurch gekennzeichnet, dass alle Achsen der kinematischen Kette hintereinander liegen, so wie an einem menschlichen Arm. Es ist also nicht jedes Glied der Kette mit zwei anderen Gliedern verbunden. In einer geschlossenen Kinematik hingegen ist jedes Glied mit mindestens zwei anderen Gliedern verbunden (Beispiel: Hexapodroboter). ⓘ
Die Begriffe Vorwärtskinematik und Inverse Kinematik (auch Rückwärtskinematik) bezeichnen die mathematische Modellierung der Bewegung von Robotersystemen. In der Vorwärtskinematik werden für jedes Gelenk der kinematischen Kette Einstellparameter vorgegeben (je nach Gelenktyp Winkel oder Strecken) und die daraus resultierende Position und Orientierung des Endeffektors im Raum wird berechnet. Bei der Rückwärtskinematik werden dagegen Position und Orientierung des Endeffektors vorgegeben und die erforderlichen Einstellparameter der Gelenke werden berechnet (Vorwärts- und Rückwärtstransformation). ⓘ
Bewegungsform der Achsen
Hier wird zwischen translatorischen und rotatorischen Achsen unterschieden. ⓘ
Anzahl und Anordnung der Achsen
Zur Beschreibung von Robotern wird sowohl die Anzahl als auch Anordnung der Achsen herangezogen. Hierbei sind die Reihenfolge und die Lage der Achsen zu berücksichtigen. Diese können im Falle einer seriellen (offenen) Kinematik wie mit der so genannten Denavit-Hartenberg-Transformation beschrieben werden. ⓘ
Formen des Arbeitsraumes
Obige Kriterien in Verbindung mit den Abständen der Achsen zueinander oder deren „Verfahrwege“ ergeben die Form und Größe des Arbeitsraumes eines Roboters. Gebräuchliche Arbeitsräume sind: Kubus, Zylinder, Kugel oder Quader. ⓘ
Mathematik und Roboter
Häufig verwendete Koordinatensysteme bei Industrierobotern
Die wichtigsten Koordinatensysteme (Abk. KOS) bei Robotern sind
- das Basis- oder Welt-KOS, das sich in der Regel im Roboterfuß befindet,
- das Tool-KOS, das sich im Roboterflansch befindet. Bezüglich dieses KOS ist der Tool Center Point (Abk. TCP) einzumessen, der den Arbeitspunkt des montierten Tools beschreibt. Der TCP kann in der Regel aus den CAD-Daten übernommen werden oder wird mit Hilfe des Roboters durch Messfahrten ermittelt,
- das Werkstück-KOS, das die Lage des Prozesses oder Werkstückes beschreibt und es festlegt oder einmisst. Die Positionen, die der Roboter anfährt, werden in der Regel in diesem KOS beschrieben. Der Vorteil eines Werkstückkoordinatensystems zeigt sich bei Änderungen der Anlage, da damit eine Wiederinbetriebnahme einfach durch Einmessung des Werkstück-KOS deutlich erleichtert wird. Zur Vermessung des Werkstück-KOS stehen meistens Routinen von den Roboterherstellern zur Verfügung. Grundsätzlich wird dabei in der Regel durch drei Punkte eine Ebene beschrieben. ⓘ
Mathematische Beschreibung von Robotern
Um Roboter in Bewegung setzen zu können, müssen sie mathematisch beschrieben werden. Dies geschieht durch Transformationen (siehe auch Koordinatentransformation). Dabei beschreibt die Transformation T die Lage eines Koordinatensystems in Relation zu einem Bezugskoordinatensystem. Da sich die Lage des KOS im allgemeinen Fall sowohl durch Verdrehungen als auch durch Translation ergeben kann, sind zur Berechnung ein rotatorischer – die Vektoren A, B und C als Einheitsvektoren – und auch ein translatorischer Anteil P, eine Verschiebung, notwendig. ⓘ
Mathematisch wird somit der dreidimensionale, rotatorische Anteil ergänzt um eine weitere Dimension, einen Vektor, die kombiniert zu folgender homogenen 4 × 4 – Matrix führen:
Wird nun jeder Achse ein Koordinatensystem beispielsweise entsprechend der Denavit-Hartenberg-Transformation zugeordnet, ist man in der Lage, die Position beliebig vieler, aufeinander folgender Achsen zu berechnen. Praktisch lässt sich bereits die Berechnung von sechs Achsen nur mit einem erheblichen Schreibaufwand realisieren. Um nur eine Pose (Position und Orientierung) zu berechnen, kann daher ein Hilfsmittel wie eine Tabellenkalkulation hilfreich sein. Ist die Berechnung mehrerer Posen notwendig, empfiehlt es sich, auf entsprechende mathematisch orientierte Softwareprodukte wie Matlab oder auf FreeMat zurückzugreifen. ⓘ
Direkte Kinematik
Die direkte Kinematik wird verwendet, um aus den gegebenen Achswinkeln, also den Verschiebungen der Gelenke eines Roboters, die kartesischen Koordinaten und die Orientierung des TCPs zu ermitteln. Sind die Denavit-Hartenberg-Parameter () bekannt, so kann mit
die Transformation zwischen zwei Achsen bestimmt werden. Verallgemeinert ergibt sich:
Für Industrieroboter mit den üblichen sechs Achsen ist diese Transformation somit fünfmal durchzuführen. Um einen TCP zu berücksichtigen, wird eine weitere Transformation angefügt. Bei der Vorwärtstransformation ergibt sich somit für einen sechsachsigen Roboter mit Tool
Damit kann nun die Position und Orientierung des TCPs bezogen auf den Roboterfuss berechnet werden. Darüber hinaus ist diese Berechnung auch für Roboter mit mehr als sechs Achsen eindeutig. ⓘ
Inverse Kinematik
Die so genannte Inverse Kinematik wird eingesetzt, um bei vorgegebener Position und Orientierung des TCP zu berechnen, welche Gelenkparameter (Winkel oder Verschiebung) in den einzelnen Gliedern eingestellt werden müssen, um dieses Ziel zu erreichen. Sie ist somit die Umkehrung der Vorwärtstransformation. Grundsätzlich gibt es zwei Lösungsansätze, einen geometrischen und einen analytischen. ⓘ
Roboterauswahl
Bei der Wahl eines Roboters sind verschiedene Kriterien von Bedeutung: Traglast, deren Schwerpunkt und Eigenträgheit, der Arbeitsbereich, in dem der Prozess stattfinden soll, die Prozessgeschwindigkeit oder die Zykluszeit und die Genauigkeit des Roboters. Letztere wird auf der Basis der ISO 9283 ermittelt. Dabei wird im Wesentlichen zwischen der Genauigkeit der Position (hier wird auch von Pose gesprochen) und der Bahngenauigkeit unterschieden. Für die Pose wie auch für die Bahn wird in der Regel sowohl die so genannte Absolut- als auch die Wiederholgenauigkeit ermittelt. Dabei spiegelt die Absolutgenauigkeit den Unterschied zwischen der tatsächlichen und der theoretischen, der programmierten, Pose oder Bahn wider. Hingegen ergibt sich die Wiederholgenauigkeit aus mehreren Fahrten oder Messungen des Roboters auf theoretisch die gleiche Position oder Bahn. Sie ist somit ein Maß für die Streuung, die bei den meisten praktischen Anwendungen von größerer Bedeutung ist als die Absolutgenauigkeit. Im Übrigen kann die Absolutgenauigkeit eines Roboters durch eine Roboterkalibrierung verbessert werden, hingegen ergibt sich die Wiederholgenauigkeit im Wesentlichen aus dem Getriebespiel und kann somit softwaretechnisch praktisch nicht kompensiert werden. ⓘ
Roboterarten
Der Begriff „Roboter“ beschreibt ein weitgefächertes Gebiet, weshalb man Roboter in viele Kategorien einordnet. Einige davon sind:
- nach Konstruktionsweise
- autonome mobile Roboter
- Beam
- humanoide Roboter
- kognitive Roboter
- Laufroboter
- Portalroboter ⓘ
- nach Verwendungszweck ⓘ
- Erkundungsroboter
- Industrieroboter
- Medizinroboter
- Personal Robot
- Serviceroboter
- Spielzeugroboter
- Transportroboter ⓘ
Humanoide Roboter
Das Bild des humanoiden Roboters in der Literatur wurde, wie bereits erwähnt, maßgeblich durch die Erzählungen Isaac Asimovs in den 1940er Jahren geprägt. Humanoide Roboter waren lange Zeit technisch nicht realisierbar. Für die Entwicklung humanoider Roboter müssen viele wichtige Probleme gelöst werden. Sie sollen autonom in ihrer Umwelt reagieren und möglichst auch interagieren können, wobei ihre Mobilität durch zwei Beine als Fortbewegungsmittel beschränkt ist. Außerdem sollen sie durch zwei künstliche Arme und Hände Arbeiten verrichten können. Seit 2000 (ASIMO von Honda) scheinen die grundlegenden Probleme gelöst. Inzwischen werden regelmäßig neue Entwicklungen in diesem Bereich vorgestellt (siehe z. B. Atlas). ⓘ
Die meisten Humanoiden gehören zur Gattung der Laufroboter, während einige Systeme auch mit einer mobilen Basis auf Rädern ausgestattet sind. ⓘ
Industrieroboter
1954 meldete George Devol erstmals ein Patent für Industrieroboter an. Heutige Industrieroboter sind in der Regel nicht mobil. Grundsätzlich sind sie vielseitig einsetzbar, jedoch in Verbindung mit dem eingesetzten Werkzeug sind sie speziell auf ein oder wenige Einsatzgebiete festgelegt. Dabei wird das Werkzeug am Flansch des Roboters in der Regel fest montiert und ist im einfachsten Fall ein Greifer, der den Roboter für Handlingaufgaben prädestiniert. Soll der Roboter vielseitiger eingesetzt werden, so kommen Kupplungen zum Einsatz, die einen Tausch des Werkzeuges auch während des Betriebes ermöglichen. ⓘ
1961 wurden sie erstmals bei General Motors in Produktionslinien eingesetzt. In Deutschland wurden Industrieroboter, beispielsweise für Schweißarbeiten in der Automobilindustrie, seit etwa 1970 eingesetzt. Weitere Einsatzgebiete für Industrieroboter sind Handling, Palettieren, Bestücken, Fügen, Montieren, Kleben, Punkt- und Bahnschweißen und auch Messaufgaben. ⓘ
Durch die Vielseitigkeit von Industrierobotern sind diese bis heute am weitesten verbreitet. Zu den Industrierobotern zählen auch die so genannten Portalroboter, die beispielsweise bei der Produktion von Wafern, in Vergussanlagen oder in der Messtechnik als Koordinatenmessgerät eingesetzt werden. Heute werden auch viele Handlingaufgaben durch Industrieroboter ausgeführt. ⓘ
Medizinroboter
Medizinroboter werden in verschiedenen Bereichen der Medizin eingesetzt. Diese sind unter anderem Chirurgie, Diagnostik und Pflege. Die bekanntesten kommerziellen Vertreter sind das Da-Vinci-Operationssystem (Intuitive Surgical, Sunnyvale, CA, USA), der Artis Zeego (Siemens Healthcare, Erlangen, Deutschland) und der Care-O-bot (Fraunhofer IPA, Stuttgart, Deutschland; nicht kommerziell erhältlich). Daneben gibt es eine große Zahl an wissenschaftlichen medizinischen Robotersystemen in der Forschung. ⓘ
Serviceroboter
Professionelle Serviceroboter
Professionelle Serviceroboter erbringen Dienstleistungen für Menschen außerhalb des Haushalts. Eine professionelle Anwendung wurde z. B. im Umweltbereich im Forschungsvorhaben PV-Servitor erforscht. Als professioneller Service wurde die automatische Reinigung und Inspektion großflächiger Photovoltaik Freilandanlagen in Europa untersucht.
- Serviceroboter zur Reinigung und Inspektion von Solarkraftwerken ⓘ
Spielzeugroboter
Die meisten roboterähnlichen Spielzeuge sind keine Roboter, da ansonsten sämtliche selbst bewegende Gegenstände als Roboter anzusehen wären. Trotzdem gibt es Roboter, die man als Spielroboter bezeichnet, da ihr automatisierter Funktionsumfang im Wesentlichen keinen arbeits- oder forschungstechnischen Nutzen hat. Ein Beispiel hierfür ist der einem Hund ähnelnde Lauf- und Spielroboter Aibo von Sony oder der Robosapien von WowWee. Diese Spieleroboter werden in der Four-Legged League beim jährlichen Roboterfußball eingesetzt. Seine Produktion wurde trotzdem eingestellt. Ein weiteres Beispiel ist die Lego-Mindstorms-Serie, die zu Bildungszwecken in Schulen verwendet wird. Es lassen sich allerdings auch umfangreichere Maschinen mit den Mindstorms herstellen, deren Funktionalitäten denen professioneller Serviceroboter entspricht. ⓘ
Erkundungsroboter
Unter Erkundungsrobotern versteht man Roboter, die an Orten operieren, die für den Menschen (lebens-)gefährlich oder gar unzugänglich sind und ferngesteuert oder (teilweise) autark operieren. Dies gilt für Gebiete, in denen ein militärischer Konflikt ausgetragen wird. Aber auch für Gegenden, die bisher für den Menschen nur sehr schwer oder gar nicht erreichbar sind, wie die Mond- oder Marsoberfläche. Schon allein wegen der riesigen Entfernung der anderen Planeten ist eine Fernsteuerung von der Erde aus unmöglich, weil die Signale hin und zurück Stunden benötigen würden. In diesen Fällen muss dem Roboter eine Vielzahl von möglichen Verhaltensweisen einprogrammiert werden, wovon er die sinnvollste wählen und ausführen muss. ⓘ
Zur Erkundung enger Pyramidenschächte, in die Menschen nicht eindringen können, wurden schon mit Sensoren bestückte Roboter eingesetzt. Es wird auch darüber nachgedacht, einen sogenannten Cryobot, der sich durch Eis schmilzt, in den Wostoksee herabzulassen. Dieser ist von der Außenwelt durch eine über drei Kilometer dicke Eisschicht hermetisch abgeriegelt. Forscher vermuten in diesem ein unberührtes Ökosystem, was auf gar keinen Fall durch „oberirdische“ Mikroben kontaminiert werden soll. ⓘ
Militärroboter
Militärroboter sind Roboter, die zu militärischen Aufklärungs- und Kampfzwecken eingesetzt werden. Diese können sich in der Luft, zu Land oder auf und unter Wasser selbstständig also autark bewegen. Beispiele hierfür sind die luftgestützte Global Hawk oder die landgestützte SWORDS. Diese können sowohl zur reinen Selbstverteidigung als auch zum aktiven Angriff auf Ziele Waffen mit sich tragen. ⓘ
Rover und Lander
Unter einem Rover versteht man in der Raumfahrt Roboter, die sich mobil auf der Oberfläche anderer Himmelskörper fortbewegen. Beispiele hierfür sind die Zwillingsroboter Spirit und Opportunity auf dem Mars. Letztere können sich unabhängig von der Bodenkontrolle ihren Weg suchen. Auch nichtmobile Einheiten, sogenannte Lander, können als Roboter bezeichnet werden. Die Mondrover der Apollomissionen waren keine Roboter, weil sie direkt von Menschen gesteuert wurden. ⓘ
Personal Robots
Personal Robots (kurz PR, engl. für „persönlicher Roboter“) sind Roboter, die im Gegensatz zu Industrierobotern dazu bestimmt sind, mit Personen und anderen Personal Robots in Netzwerken zu kommunizieren und zu interagieren. Personal Robots können von einer einzelnen Person bedient, genutzt und gesteuert werden. ⓘ
Eine Unterteilung in öffentlich genutzte Personal Roboter wie Serviceroboter und personengebundene Personal Roboter wie Spielzeugroboter ist, wie bei den Personal Computern, sinnvoll. Durch die abgeschlossene Konstruktion der PR funktionieren diese Maschinen weitgehend unabhängig, autonom, autark und selbständig. Die Personal Robots sind zunehmend lernfähig. Vielfache Schnittstellen ermöglichen eine Kommunikation in Netzwerken. So mit anderen Robotern, Computern usw. Personal Robots reagieren mit ihren Sensoren auf äußere Einflüsse wie Berührungen, Töne, Laute, optische Veränderungen usw. Personal Robots speichern Daten und Informationen. Erworbene Erfahrungen beeinflussen sie und so realisieren die PRs mit diesen Erkenntnissen ihr weiteres Handeln. ⓘ
Sonstige Erkundungsroboter
Ebenfalls als Roboter bezeichnet man mobile Einheiten, die zum Aufspüren, Entschärfen oder Sprengen von Bomben oder Minen eingesetzt werden, wie der sogenannte TALON-Roboter. Auch gibt es Roboter, die in Trümmern nach verschütteten Menschen suchen können, sog. Rettungsroboter (englisch rescue robots). Mittlerweile gibt es auch den sog. Killer-Roboter (vgl. auch Kampfroboter). Autonomous Underwater Vehicles sind autonome Tauchroboter für Aufgaben im Meer. ⓘ
Soziale Robotik
Soziale Robotik erforscht Interaktionsmöglichkeiten zwischen Robotern und ihrer Umwelt. Anwendungsmöglichkeiten sind die Autismustherapie für Kinder und die Pflege älterer Menschen. Wichtige Forscher auf dem Gebiet sind Cynthia Breazeal und Frauke Zeller. ⓘ
Soziale Robotik kann man als Gegenentwurf zu Industrierobotern betrachten. Es fehlt eine praktisch nutzbare Funktion, sie bauen soziale Beziehungen auf und passen sich an ihre Umwelt an. In einigen Diskursen wird die Rolle von „social Robotics“ noch weiter gefasst. So werden Roboter als Lebewesen betrachtet und es wird von Unterordnung in Form eines sozialen Gefälles gesprochen. ⓘ
Geschichte
William Grey Walter hat in den 1940er Jahren Schildkrötenroboter gebaut. Diese sind bekannt geworden unter der Bezeichnung „Tortoises“. Mark W. Tilden hat in den 1990er Jahren sogenannte BEAM Roboter erfunden:
„The BEAM robots follow a similar approach to the early Braitenberg Vehicle designs in that they use simple interlinked behaviours and mostly direct connections between sensors and actuators.“
Ab den 2000ern kam es zu einem Boom von Entwicklungen:
- Kismet (Roboter)
- Leonardo (Roboter)
- Paro (Roboter)
- Aibo
- Hitchbot
- Jibo ⓘ
Technische Realisierung
Die Hardware besteht aus einem flauschigen Fell, Kulleraugen und Sound-Ausgabe, meist in Anlehnung an einen Teddybär, dazu kommen noch Aktoren, um die Beine und Arme zu bewegen. Die Steuerung erfolgt üblicherweise manuell wie bei den Modellen, die in der Autismustherapie eingesetzt werden. Es gibt aber erste Ansätze Künstliche Intelligenz zu nutzen, genauer gesagt die BDI Architektur, um autonome soziale Roboter zu realisieren. ⓘ
Soft Robots
Dazu zählt beispielsweise ein teilautonomer bionischer „Soft Robot“, der dem Druck an der tiefsten Stelle des Ozeans im Marianengraben standhält. Um die Belastung der elektronischen Bauteile durch den immensen Druck in fast 11.000 Metern Tiefe zu reduzieren, verteilten die chinesischen Ingenieure sie eingebettet in dessen weichen Silikonkörper. Die Unterwasserroboter beinhalten künstliche Muskeln und Flügel aus biegsamen Materialien und könnten für die Erforschung der Tiefsee und Umweltüberwachung eingesetzt werden. ⓘ
Sonstige Roboterarten
Insbesondere mobile Robotersysteme werden zunehmend an Schulen und Hochschulen zu Ausbildungszwecken eingesetzt. Diese Roboter zeichnen sich durch gute Handhabbarkeit, einfache Programmierung und Erweiterbarkeit aus. Beispiele für sogenannte Ausbildungsroboter sind Robotino oder Lego Mindstorms. ⓘ
Im nun entstehenden Theaterstück Frankenstein der Salzburger Künstlergruppe gold extra werken Roboter in einem Krankenhaus und „bauen nach alten Plänen einen Menschen nach“. ⓘ
Es gibt Prototypen von Kochrobotern, die für autonome, dynamische und anpassbare Zubereitung von verschiedenen Mahlzeiten programmiert werden können. ⓘ
Übernahme des Begriffs in der Informatik
In der Informatik werden Computerprogramme, die weitgehend automatisch sich ständig wiederholende Aufgaben abarbeiten, als Bot (Kurzform von Roboter) bezeichnet. ⓘ
Rezeption
Ausstellungen
- Hello Robot, Vitra Design Museum, Weil am Rhein, bis 14. Mai 2017. ⓘ
Filmische Dokumentationen
- youtube.com:
- 2013: VW Golf 7 Produktion Wolfsburg (Industrieroboter)
- 2014: BMW i3 Factory Production Tour (Industrieroboter)
- 2016: humanoider Roboter Asimo, Show
- 2017: auf zwei Rädern rollender Roboter Handle, kostengünstig ⓘ
Siehe auch
- Robot Wars
- Automatisierung
- Automatisierungstechnik
- Robotik
- Generation R
- Robotic Natives
- Robotergesetze ⓘ
Literatur
- Gero von Randow: Roboter. Unsere nächsten Verwandten. Rowohlt, Reinbek 1997, ISBN 3-498-05744-8.
- G. Lawitzky, M. Buss u. a. (Hrsg.): Service Roboter. Schwerpunktthemenheft der Zeitschrift it – Information Technology. Oldenbourg Verlag, München 49(2007)4
- Wolfgang Weber: Industrieroboter. Methoden der Steuerung und Regelung. Mit 33 Übungsaufgaben. Fachbuchverlag Leipzig, 2002, ISBN 3-446-21604-9.
- Bodo-Michael Baumunk: Die Roboter kommen. Mensch, Maschine, Kommunikation. Wachter Verlag, Heidelberg 2007, ISBN 978-3-89904-268-9 (Begleitband zur gleichnamigen Ausstellung in den Museen für Kommunikation).
- Anne Foerst: Von Robotern, Mensch und Gott. Künstliche Intelligenz und die existentielle Dimension des Lebens. Vandenhoeck & Ruprecht, Göttingen 2008, ISBN 978-3-525-56965-8 (en-US: God in the Machine: What Robots Teach Us About Humanity and God. 2004. Übersetzt von Regine Kather).
- Daniel Ichbiah: Roboter: Geschichte – Technik – Entwicklung. Knesebeck, München 2005, ISBN 3-89660-276-4 (Aus dem Französischen von Monika Cyrol).
- Cosima Wagner: Robotopia Nipponica. Recherchen zur Akzeptanz von Robotern in Japan. Tectum Verlag, Marburg 2013, ISBN 978-3-8288-3171-1.
- Enrico Grassani: Automi. Passato, presente e futuro di una nuova specie, Editoriale Delfino, Milano 2017, ISBN 978-88-97323-66-2. ⓘ
Ausstellung
- 2011: Roboterträume, Museum Tinguely, Basel und Kunsthaus Graz ⓘ