Robotik und additive Fertigung im Jahr 2023

Es war ein großartiges Jahr für technologische Fortschritte, mit Durchbrüchen in Quantencomputing und 5G bis hin zu AR/VR, großen Sprachmodellen und künstlicher Intelligenz (KI). Die Technologielandschaft wurde durch diese bahnbrechenden Innovationen dramatisch verändert.

Heute werden wir zwei bedeutende Branchen, Robotik und additive Fertigung, behandeln, um zu sehen, wohin wir uns entwickeln.

Die Robotik erlebte ein besonders spannendes Jahr 2023 mit dem Aufkommen neuer Technologien, während Entwickler weiterhin die Grenzen dessen, was Roboter leisten können, erweiterten. All diese Fortschritte in dem Sektor deuten darauf hin, dass die Robotik die dominierende Technologie in der sich ständig wandelnden Technologielandschaft wird, da sie unsere Arbeitsweise, unser Leben und unser Spielen revolutioniert und zu einem unverzichtbaren Teil unseres Lebens wird.

Dann gibt es die additive Fertigung (AF) oder additive Schichtfertigung (ASF), die sich alles um 3D-Druck dreht. Es ist ein computergesteuerter Prozess, bei dem Materialien, meist in Schichten, aufgetragen werden, um Objekte aus dreidimensionalen Modelldaten zu erstellen.

Also, schauen wir uns die wichtigsten Entwicklungen in diesen beiden Branchen im Jahr 2023 an!

Humanoide Roboter führen die Robotik 

Robotik ist das Feld, das sich mit der Konzeption, dem Design, dem Bau und dem Einsatz von Robotern befasst, um Aufgaben zu erledigen, die typischerweise von Menschen ausgeführt werden. Hierbei sind Roboter automatisch gesteuerte Maschinen, die oft einfache, repetitive Aufgaben eigenständig ausführen.

In diesem Jahr haben wir mehrere menschenähnliche Roboter, sogenannte humanoide Roboter, die Schlagzeilen machten, gesehen. Sie werden humanoide Roboter genannt, weil sie der Form eines menschlichen Körpers ähneln und typischerweise einen Torso, Kopf, Arme und zwei Beine besitzen. Hauptsächlich werden diese Roboter gebaut, um mit menschlichen Werkzeugen zu interagieren und werden auch für Inspektion und Wartung eingesetzt. Die neuesten Iterationen dieser Roboter können sprechen, gehen und arbeiten wie Menschen.

Einige der populären humanoiden Roboter umfassen Nadine vom japanischen Unternehmen Kokoro, einen empathischen Roboter mit Persönlichkeit, Stimmung und Emotionen, der Blickkontakt herstellt und Grüße zurückgibt. Geminoid DK ist ein weiterer ultra‑realistischer Humanoid, der wie ein Mensch aussieht. Der Humanoid Junco Chihira wurde von Toshiba geschaffen, arbeitet in einem Touristeninformationszentrum und verfügt über Spracherkennungsfähigkeiten. Dann gibt es Jia Jia, die ein normales Gespräch mit mikrobiellen Gesichtsausdrücken führen kann, unterstützt durch Sprachgenerierungs‑Algorithmen und Gesichtserkennungstechnologien.

Wir dürfen Sophia nicht vergessen, die als der fortschrittlichste humanoide Roboter gilt. Sie debütierte 2016 und wurde von Hanson Robotics entworfen; Sophia ist die erste Roboterbürgerin der Welt und zudem Botschafterin für Robotikinnovation im UN‑Entwicklungsprogramm. Sie wurde mit dem Ziel geschaffen, einen Roboter zu entwickeln, der soziale Fähigkeiten erwirbt, daher ist sie mit neuronalen Netzen und KI ausgestattet, um menschliche Gesichter zu erkennen und deren Gesten und Emotionen zu verstehen.

Die Raumfahrtbehörde NASA hat ebenfalls ihren eigenen humanoiden Roboter namens Valkyrie entwickelt, der 6 Fuß 2 Zoll groß ist und 300 Pfund (136 kg) wiegt. Dieser zweibeinige humanoide Roboter befindet sich nun in den Endphasen der Tests im Johnson Space Center von NASA in Texas. Der Roboter ist dafür konzipiert, in beschädigten oder degradierten Umgebungen zu arbeiten, also in Gebieten, die von Naturkatastrophen getroffen wurden.

Roboter wie Valkyrie können eines Tages auch im Weltraum operieren, wobei Shaun Azimi, Leiter des NASA Dexterous Robotics Teams, sagt, dass humanoide Roboter im Weltraum potenziell riskante Aufgaben übernehmen könnten, sodass Astronauten sich auf Exploration und Entdeckung konzentrieren können. Dabei geht es nicht darum, menschliche Besatzungen zu ersetzen, sondern humanoide Roboter die „langweiligen, schmutzigen und gefährlichen“ Arbeiten erledigen zu lassen, wie das Reinigen von Solarpaneelen oder das Inspizieren defekter Ausrüstungen von Raumfahrzeugen, während Menschen sich auf „höherwertige Aktivitäten“ konzentrieren.

Dafür hat die NASA mit Robotikunternehmen wie dem in Texas ansässigen Apptronik zusammengearbeitet, das Apollo entwickelt, das die Fähigkeit hat, „22 Stunden am Tag online“ zu sein, um lieferkettenorientierte Aufgaben in Lagerhäusern und Produktionsanlagen auszuführen und künftig in den Einzelhandel, die Lieferung und dann den Weltraum zu expandieren. Apptronik plant, diese Roboter im darauffolgenden Jahr Unternehmen zur Verfügung zu stellen.

Abgesehen davon traten in diesem Jahr weitere humanoide Roboter auf, darunter Teslas Optimus, Unitrees H1, Sanctuary AIs sechste Generation Phoenix und Figure AIs Figure 01. Tatsächlich hat China kürzlich seine Pläne angekündigt, bis 2025 humanoide Roboter in Massenproduktion zu bringen. Inzwischen baut Agility Robotics eine Fabrik, „RoboFab“, um bis zu 10.000 Roboter pro Jahr zu produzieren. Der E‑Commerce‑Riese Amazon (AMZN ) hat ebenfalls begonnen, die ersten kommerziellen Tests eines humanoiden Roboters durchzuführen.

Boston Dynamics leistet in diesem Bereich großartige Arbeit. Lassen Sie uns also mehr über sie erfahren.

1. Boston Dynamics 

In der Welt der humanoiden Roboter ist Boston Dynamics der bekannteste Name, das zu Beginn dieses Jahres Videos seines Atlas‑Roboters veröffentlichte, der herumläuft, Bretter aufhebt und einen Werkzeugbeutel auf einer simulierten Baustelle wirft. Laut dem Leiter der Atlas‑Steuerung, Ben Stephens, liegt noch ein „weiterer langer Weg“ vor den zweibeinigen Robotern, um zuverlässig neben Menschen arbeiten zu können, aber „das ist die Zukunft der Robotik“.

Gegründet 1992 als Ausgründung des MIT, ist Boston Dynamics ein Robotik‑Designunternehmen, das auch Software für menschliche Simulation und Training entwickelt. Die Mission des Unternehmens ist es, außergewöhnliche Roboter zu konzipieren und zu schaffen, die die Gefahr und die körperlich schwierigen Aspekte der Arbeit reduzieren und das Leben der Menschen bereichern.

Sein humanoider Roboter Atlas, den es als „den dynamischsten humanoiden Roboter der Welt“ definiert, ermöglicht es Boston Dynamics, die Grenzen der Ganzkörpermobilität und bimanualen Manipulation zu verschieben. Atlas wird eingesetzt, um das Potenzial des humanoiden Formfaktors zu erforschen und demonstriert die Bemühungen des Unternehmens, die nächste Generation von Robotern mit Mobilität, Wahrnehmung und Intelligenz zu entwickeln.

KI für die Mensch‑Roboter‑Interaktion

Künstliche Intelligenz, oder KI, die die Intelligenz von Maschinen oder Software ist, verzeichnete in diesem Jahr enorme Fortschritte und wurde zu einer treibenden Kraft bei der Transformation vieler Branchen, einschließlich der Robotik. Durch maschinelles Lernen ermöglicht KI Robotern, zu lernen und spezifische Aufgaben auszuführen.

KI‑Techniken sind tatsächlich notwendig, damit Roboter menschliches Verhalten, Gesten und Körpersprache verstehen und Emotionen ausdrücken können. Forscher nutzen Techniken wie Emotionserkennung, Spracherkennung und prädiktive Sprachmodelle, um nicht nur die Roboterkommunikation zu verbessern, sondern sogar auf emotional intelligenter Weise zu interagieren.

Fortschritte in der KI verleihen Robotern kognitive Fähigkeiten, die zuvor nicht möglich waren, wodurch KI‑gestützte Roboter in einer Vielzahl von Branchen unverzichtbar werden. Diese Schnittstelle von Robotik und KI führt zudem zur Entstehung neuer Branchen, wobei der KI‑Robotik‑Markt derzeit eine Größe von etwas über 15 Milliarden $ hat und bis zum Ende dieses Jahrzehnts voraussichtlich auf 36,78 Milliarden $ steigen wird.

KI wird tatsächlich in der Robotik auf vielfältige Weise angewendet, beginnend mit maschinellem Lernen. Durch das Lernen aus Daten und Erfahrungen, was für Aufgaben, die Mustererkennung erfordern, essenziell ist, kann die Leistung von Robotern verbessert werden. Roboter nutzen zudem KI‑gestützte Computer‑Vision, um visuelle Informationen zu analysieren, was für die Erkennung von Objekten, Personen und Hindernissen wichtig ist und ihnen bei der Navigation hilft.

KI‑Algorithmen unterstützen Roboter zudem dabei, die besten Pfade zu planen, um ihre komplexe Umgebung zu navigieren, verbessern ihre Feinfühligkeit, indem sie eine präzise Steuerung von Armen und Greifern ermöglichen und autonome Entscheidungen treffen, um sich dynamischen Situationen anzupassen, ohne ständige menschliche Intervention.

Die Integration von Natural Language Processing (NLP) befähigt Roboter, menschliche Befehle zu verstehen und besser darauf zu reagieren, wodurch ihr Wert in Mensch‑Roboter‑Interaktionen steigt und sie benutzerfreundlicher werden. In diesem Bereich hat OpenAIs ChatGPT, die größte Geschichte in Robotik, Automatisierung und KI dieses Jahres, eine neue Ära der Mensch‑Computer‑Interaktion signalisiert.

ChatGPT ist ein NLP‑Tool, das von KI‑Technologie angetrieben wird und es ermöglicht, menschenähnliche Gespräche mit einem Chatbot zu führen. In nur wenigen Monaten hat ChatGPT 100 Millionen Nutzer gewonnen, was dazu führte, dass zahlreiche Unternehmen ihre eigenen generativen KI‑Programme veröffentlichten. Weitere Large Language Models (LLMs) — die generative KI oder konversationelle KI ermöglichen — umfassen Googles Gemini‑LLM, das Bard antreibt, Amazons Olympus und Metas Llama 2.

Diese Entwicklung in der generativen KI eröffnete neue Möglichkeiten in der Robotikbranche. Beispielsweise hat Microsoft (MSFT ) Anfang dieses Jahres ChatGPT verbessert, um einen Roboterarm zu steuern und eine Drohne zu navigieren. Das Unternehmen kündigte zudem Pläne an, GPT‑gestützte Roboter zu entwickeln und generative KI bei der Robotikherstellung einzusetzen. Gleichzeitig nutzten Forscher in der Schweiz und den Niederlanden Erkenntnisse aus ChatGPT, um einen Tomatenpflück‑Roboter zu entwickeln. Dann gibt es Agility Robotics, das den Einsatz von LLMs zur Steuerung seines mobilen Manipulationsroboters Digit untersuchte.

Wie wir gesehen haben, hilft KI dabei, die Fähigkeiten von Robotern zu erweitern, sodass sie flexibler, intelligenter und kompetenter bei der Ausführung verschiedener Aufgaben werden. Sie ermöglicht es Robotern zudem, menschliche Gesten zu erkennen, Absichten zu verstehen und angemessen zu reagieren, was eine effizientere und sicherere Zusammenarbeit zwischen Menschen und Robotern ermöglicht.

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2. Hanson Robotics

Dieses KI‑ und Robotikunternehmen entwickelt sozial intelligente Maschinen und steht hinter dem berühmten Sophia‑Roboter. Hanson Robotics ist in Materialwissenschaft, Robotik, Forschung und Entwicklung von KI sowie im Erfahrungsdesign tätig, um „Roboter zum Leben zu erwecken“, nicht nur als nützliche Produkte, sondern auch als ansprechende Charaktere.

Im November 2023 entwickelte das in Hongkong ansässige Robotikunternehmen den weltweit ersten KI‑humanoiden Roboter Mika, in Zusammenarbeit mit dem Luxus‑Lifestyle‑Unternehmen Dictador. Mika trat Dictador als CEO bei, um „verantwortlich für das Arthouse Spirits DAO‑Projekt und die Kommunikation mit der DAO‑Gemeinschaft“ im Namen des Unternehmens zu sein.

Das ist noch nicht alles. Mika erhielt zudem den Titel eines Honorarprofessors während der Eröffnung der Collegium Humanum University 2023/24 und hielt eine Rede, in der die Fortschritte im Bereich KI hervorgehoben wurden. David Hanson, der CEO von Hanson Robotics, betonte die Bedeutung, KI zu „vermenschlichen“ und dass KI lernen müsse, „sich um Menschen zu kümmern“.

Fortschrittliche 3D‑Drucker

Während die erste 3D‑Drucktechnologie bereits Anfang der 1980er‑Jahre erfunden wurde, hat sie in den letzten Jahren erheblich an Bedeutung gewonnen, wobei ihr globaler Marktwert $18,33 Mrd. im Jahr 2022 betrug. Dieser Markt wird voraussichtlich bis 2032 fast 100 Mrd. $ erreichen.

Als Unternehmen in den 2010er‑Jahren günstige 3D‑Drucker für Verbraucher anboten, kombiniert mit dem Medienfieber, traten Giganten wie General Electric (GE.TO ) und Hewlett Packard in den Markt ein, und jetzt sieht die Branche reale Anwendungen in Bereichen wie:

• Prototyping und Produktentwicklung
• Fertigung
• Medizin
• Luft- und Raumfahrt
• Bauwesen
• Automobilindustrie
• Bildung
• Forschung und mehr

Auf diese Weise stört es traditionelle Märkte, hilft anderen Unternehmen, die Designfinalisierung zu beschleunigen, mehr zu produzieren und schneller zu innovieren.

In der Welt der additiven Fertigung oder des 3D‑Drucks arbeiten Unternehmen daran, die Leistung von 3D‑Druckern zu verbessern, um spezifische Prozesse und Anwendungsfälle zu ermöglichen. Fortschritte in diesem Bereich reduzieren den Energiebedarf für additive Fertigungsprozesse und verbessern die Bewegungen der Drucker. Diese Fortschritte führen zu einer Kostenreduktion beim 3D‑Druck und helfen der Technologie, breitere Zugänglichkeit zu erlangen.

Angesichts der Beliebtheit von 3D‑Druckern und der Innovation als Standard in der additiven Fertigung arbeiten viele Start‑ups an der Verbesserung der Technologie. Zum Beispiel hat das finnische Start‑up Brinter einen modularen Bioprinter für die Medizin‑ und Life‑Science‑Industrien entwickelt. Ihr Bioprinter unterstützt eine Reihe von Bio‑Tinten und verfügt über integriertes UV‑Licht zur Desinfektion, sodass Forscher Organe, Krebsmodelle und personalisierte Medikamente drucken können.

In den USA hat das Start‑up Verde Mantis einen Desktop‑3D‑Drucker entwickelt, der einfach zu bedienen ist und einen Plug‑and‑Print‑Modus bietet. Dieser Drucker verfügt außerdem über eine eingebaute Kamera, eine selbstnivellierende Plattform und ein Raspberry‑Pi‑Modul.

Weitere Fortschritte bei 3D‑Druckern umfassen die Hybrid PhotoSynthesis (HPS)‑Technologie, die SLA (Laser) und DLP‑Technik kombiniert, um deren Auflösung und Geschwindigkeit zu nutzen und bessere Ergebnisse beim Harz‑3D‑Druck zu erzielen. Neben der Weiterentwicklung des 3D‑Druckers selbst entwickeln Unternehmen neue Materialien.

UpNano ist ein solches Unternehmen, das UpFlow für die erstmalige Mikro‑3D‑Druck‑Mikrofluidik‑Geräte auf seinem Drucker geschaffen hat, wodurch das MedTech‑Start‑up Fertilis ein Zellkultur‑Gerät für den IVF‑Markt entwickeln konnte.

Automatisierung, Fortschritte in der Software, Metall‑3D‑Druck und der Aufstieg der digitalen Lieferkette sind weitere Trends in diesem Sektor. Allerdings bleiben Herausforderungen in Form von Skalierungsproblemen, technologischen Einschränkungen und den Kosten für Geräte, Materialien sowie Vor‑ und Nachbearbeitung bestehen.

3D‑Druck bekommt endlich das Rampenlicht, nachdem er lange im Schatten stand, was laut seinen Befürwortern letztlich die Massenproduktion von allem, von Flugzeugkomponenten bis zu medizinischen Geräten, ermöglichen kann.

3. Stratasys

Gegründet 1989 ist Stratasys bekannt für die Herstellung von Lösungen für verschiedene Branchen und rühmt sich damit, dass sein Gründer einen der allerersten 3D‑Drucker entwickelt hat. Das börsennotierte Unternehmen hat eine Marktkapitalisierung von 1 Milliarde $, da seine Aktien bei 14,51 $ gehandelt werden, ein Anstieg von 22,34 % in diesem Jahr. Der Umsatz der letzten zwölf Monate (TTM) beträgt 630,579 Millionen, während das EPS (TTM) -1,61, das KGV (TTM) -9,03 und die Eigenkapitalrendite (ROE) (TTM) -4,82 % betragen.

Kürzlich erhielt das Unternehmen ein unaufgefordertes Übernahmeangebot von Nano Dimension Ltd. (NNDM ) für alle Aktien, die es derzeit nicht besitzt, zu 16,50 $ pro Aktie in bar, was dem Unternehmen eine Bewertung von 1,1 Milliarde $ verleiht. Dies geschah, nachdem Stratasys die geplante Fusion im Wert von 1,8 Mrd. $ mit Desktop Metal beendet hatte, da die Mehrheit der Aktionäre den Deal ablehnte. Nano Dimension besitzt etwa 14 % der Unternehmensanteile und hat in diesem Jahr mehrere Versuche unternommen, die restlichen Aktien zu erwerben.

Was den neuesten Fusion Deposition Modeling (FDM)‑Drucker des Unternehmens, den F3300, betrifft, der für Skalierbarkeit konzipiert ist, arbeitete Stratasys mit ATI zusammen, um einen maßgeschneiderten Werkzeugwechsel zu entwickeln, der es dem Nutzer ermöglicht, gleichzeitig einen von vier Extrudern zu verwenden. Dies bietet dem Nutzer mehr Flexibilität hinsichtlich der Redundanz von Extrudern sowie die Möglichkeit, mehrere Farben in einem Teil zu drucken und zwei unterschiedliche Auflösungen zu integrieren. Das Unternehmen hat angekündigt, dass Toyota sein erster Kunde sein wird, der den neuen Stratasys F3300‑3D‑Drucker kauft.

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Fazit

Die Welt verändert sich in rasantem Tempo, und dabei entwickeln Unternehmen der additiven Fertigung weiterhin maßgeschneiderte Materialien und verbessern die Leistung von 3D‑Druckern, während die Robotikbranche Durchbrüche erlebt, die sie intelligenter machen und eine effizientere Interaktion mit Menschen ermöglichen.

Wir können erwarten, dass in Zukunft noch anspruchsvollere Produkte erscheinen, wobei die Fortschritte in beiden Bereichen das Potenzial haben, viele Branchen zu verändern, neue Möglichkeiten für Beschäftigung und Bildung zu schaffen und unser tägliches Leben zu verbessern.