Robotik und Additive Fertigung im Jahr 2023

Es war ein großartiges Jahr für technologische Fortschritte, mit Durchbrüchen in der Quantencomputer- und 5G-Technologie bis hin zu AR/VR, großen Sprachmodellen und künstlicher Intelligenz (KI). Das Technik-Landschaftsbild hat sich durch diese bahnbrechenden Innovationen dramatisch verändert.

Heute werden wir uns zwei bedeutende Branchen ansehen, Robotik und Additive Fertigung, um zu sehen, wohin wir uns bewegen.

Die Robotik hatte ein besonders aufregendes Jahr 2023 mit dem Aufkommen neuer Technologien, da Entwickler weiterhin die Grenzen dessen erweiterten, was Roboter tun können. All diese Fortschritte in diesem Sektor deuten darauf hin, dass die Robotik die dominierende Technologie in der ständig sich verändernden technologischen Landschaft ist, da sie revolutioniert, wie wir arbeiten, leben und spielen, und zu einem unverzichtbaren Teil unseres Lebens wird.

Dann gibt es die additive Fertigung (AM) oder additive Schichtfertigung (ALM), die alles über 3D-Drucken ist. Es handelt sich um einen computergesteuerten Prozess, bei dem Materialien in der Regel in Schichten abgelagert werden, um Objekte aus dreidimensionalen Modelldaten zu erstellen.

Lassen Sie uns also die bedeutendsten Entwicklungen sehen, die in diesen beiden Branchen im Jahr 2023 gemacht wurden!

Humanoid-Roboter führen in der Robotik

Die Robotik ist das Feld, das sich mit der Konzeption, dem Design, der Konstruktion und der Verwendung von Robotern zur Ausführung von Aufgaben beschäftigt, die normalerweise von Menschen durchgeführt werden. Hier sind Roboter automatisch betriebene Maschinen, die oft einfache, wiederkehrende Aufgaben unabhängig ausführen.

In diesem Jahr sahen wir mehrere humanoide Roboter, die als humanoid bezeichnet werden, weil sie der Form eines menschlichen Körpers ähneln und normalerweise einen Rumpf, einen Kopf, Arme und zwei Beine haben. Primär werden diese Roboter gebaut, um mit menschlichen Werkzeugen zu interagieren und werden auch für Inspektion und Wartung verwendet. Die neuesten Iterationen dieser Roboter können sprechen, gehen und wie Menschen arbeiten.

Einige der bekannten humanoiden Roboter sind Nadine von der japanischen Firma Kokoro, die ein empathischer Roboter mit Persönlichkeit, Stimmung und Emotionen ist, der Augenkontakt herstellt und Grüße erwidert. Geminoid DK ist ein weiterer ultrarealistischer humanoider Roboter, der wie ein Mensch aussieht. Der humanoide Junco Chihira wurde von Toshiba erstellt, arbeitet in einem Touristeninformationszentrum und verfügt über Spracherkennungsfähigkeiten. Dann gibt es Jia Jia, die ein normales Gespräch mit mikrobiellen Gesichtsausdrücken führen kann, dank Sprachgenerierungsalgorithmen und Gesichtserkennungstechnologien.

Wir können nicht vergessen, dass Sophia als der fortschrittlichste humanoide Roboter gilt. Sie wurde 2016 vorgestellt und von Hanson Robotics entworfen und ist der erste Roboter-Bürger der Welt und auch der Botschafter für Roboter-Innovationen im UN-Entwicklungsprogramm. Sie wurde mit dem Ziel erstellt, einen Roboter zu bauen, der soziale Fähigkeiten erwerben kann, und daher mit neuronalen Netzen und KI ausgestattet, um menschliche Gesichter und ihre Gesten und Emotionen zu erkennen.

Die Weltraumbehörde NASA hat auch ihren eigenen humanoiden Roboter namens Valkyrie entwickelt, der 6 Fuß 2 Zoll groß und 300 Pfund (136 kg) wiegt. Dieser bipede humanoide Roboter ist jetzt in den finalen Testphasen im NASA-Johnson-Weltraumzentrum in Texas. Der Roboter ist dafür ausgelegt, in beschädigten oder degradierten Umgebungen zu arbeiten, was bedeutet, in von Naturkatastrophen betroffenen Gebieten.

Roboter wie Valkyrie können auch eines Tages im Weltraum arbeiten, da Shaun Azimi, Leiter des NASA-Dexterous-Robotics-Teams, sagte, dass humanoide Roboter im Weltraum potenziell riskante Aufgaben übernehmen könnten, damit Astronauten sich auf Erforschung und Entdeckung konzentrieren können. Mit diesem Konzept geht es nicht darum, menschliche Besatzungen zu ersetzen, sondern humanoide Roboter die “langweiligen, schmutzigen und gefährlichen” Arbeiten wie das Reinigen von Solarpaneelen oder das Überprüfen von fehlerhaften Geräten im Weltraumschiff durchführen zu lassen, während die Menschen sich auf “höhere Aktivitäten” konzentrieren.

Dafür hat NASA mit Robotik-Unternehmen wie dem in Texas ansässigen Apptronik zusammengearbeitet, das Apollo mit einer Kapazität für 22 Stunden pro Tag entwickelt, um supply-chain-orientierte Aufgaben in Lagerhäusern und Fabriken auszuführen und in Zukunft in den Einzelhandel und die Lieferung und dann in den Weltraum zu expandieren. Apptronik plant, diese Roboter im nächsten Jahr an Unternehmen zu liefern.

Abgesehen von all dem gab es in diesem Jahr auch andere humanoide Roboter, darunter Teslas Optimus, Unitrees H1, Sanctuary AIs sechste Generation Phoenix und Figure AIs Figure 01. Tatsächlich hat China kürzlich angekündigt, humanoide Roboter bis 2025 massenhaft herzustellen. Währenddessen baut Agility Robotics eine Fabrik namens “RoboFab”, um bis zu 10.000 Roboter pro Jahr herzustellen. Der E-Commerce-Riese Amazon hat auch mit dem ersten kommerziellen Test eines humanoiden Roboters begonnen.

Boston Dynamics macht 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, der zu Beginn des Jahres Videos seines Atlas-Roboters veröffentlichte, der auf einer Baustelle herumlief, Planken aufhob und einen Werkzeugsack warf. Laut Ben Stephens, dem Leiter der Atlas-Steuerung, ist es noch ein “langer Weg” bis bipede Roboter zuverlässig neben Menschen arbeiten können, aber “das ist die Zukunft der Robotik”.

Boston Dynamics wurde 1992 als Spin-off des MIT gegründet und ist ein Unternehmen für Robotik-Design, das auch Software für Mensch-Simulation und -Training entwickelt. Das Unternehmen hat die Mission, außergewöhnliche Roboter zu konzipieren und zu erstellen, die die Gefahr und die körperlich anstrengenden Aspekte der Arbeit reduzieren und das Leben der Menschen bereichern.

Ihr humanoider Roboter Atlas, den sie als “den dynamischsten humanoiden Roboter der Welt” bezeichnen, ermöglicht es Boston Dynamics, die Grenzen der gesamten Körperbeweglichkeit und der bimanuellen Manipulation zu erweitern. Atlas wird verwendet, um das Potenzial der humanoiden Form 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

Die künstliche Intelligenz, oder KI, die die Intelligenz von Maschinen oder Software ist, hat in diesem Jahr enorme Fortschritte gemacht und ist zu einer treibenden Kraft bei der Umwandlung vieler Branchen geworden, einschließlich der Robotik. Durch maschinelles Lernen ermöglicht die KI es Robotern, bestimmte Aufgaben zu erlernen und auszuführen.

KI-Techniken sind tatsächlich notwendig, damit Roboter menschliches Verhalten, Gesten und Körpersprache verstehen und Emotionen ausdrücken können. Forscher verwenden Techniken wie Emotionserkennung, Spracherkennung und vorhersehbare Sprachmodelle, um nicht nur die Roboterkommunikation zu verbessern, sondern auch auf eine emotional intelligentere Weise zu interagieren.

Die Fortschritte in der KI verleihen Robotern kognitive Fähigkeiten, die bisher nicht möglich waren, und machen KI-basierte Roboter in einer Vielzahl von Branchen unverzichtbar. Die Kreuzung von Robotik und KI führt auch zu anderen Branchen, wobei der KI-Robotik-Markt derzeit eine Größe von etwa 15 Milliarden Dollar hat und bis Ende dieses Jahrzehnts auf 36,78 Milliarden Dollar ansteigen soll.

Die KI wird in der Robotik auf viele Arten eingesetzt, beginnend mit dem maschinellen Lernen. Durch das Lernen aus Daten und Erfahrungen, was für Aufgaben erforderlich ist, die Mustererkennung erfordern, kann die Leistung von Robotern verbessert werden. Roboter nutzen auch KI-gesteuerte Computer-Vision, um visuelle Informationen zu analysieren, was für die Erkennung von Objekten, Personen und Hindernissen erforderlich ist, um sie zu navigieren.

KI-Algorithmen unterstützen Roboter außerdem bei der Formulierung der besten Pfade, um ihre komplexen Umgebungen zu navigieren, und verbessern ihre Feinabstimmung, indem sie eine präzise Steuerung von Armen und Greifern ermöglichen und autonome Entscheidungen treffen, um sich an dynamische Situationen anzupassen, ohne dass eine ständige menschliche Intervention erforderlich ist.

Die Integration von Natural Language Processing (NLP) ermöglicht es Robotern, menschliche Befehle zu verstehen und besser zu reagieren, und erhöht ihren Wert bei der Mensch-Roboter-Interaktion und macht sie benutzerfreundlicher. In diesem Bereich signalisierte OpenAIs ChatGPT, die größte Geschichte in der Robotik, Automatisierung und KI in diesem Jahr, eine neue Ära in der Mensch-Computer-Interaktion.

ChatGPT ist ein NLP-Tool, das von KI-Technologie angetrieben wird und es ermöglicht, menschliche Gespräche mit einem Chatbot zu führen. Innerhalb von ein paar Monaten hat ChatGPT 100 Millionen Benutzer gewonnen, was zu einer Reihe von Unternehmen führte, die ihre eigenen generativen KI-Programme veröffentlichten. Andere Large Language Models (LLMs) – die generative KI oder konversationale KI ermöglichen – umfassen Google’s Gemini LLM, das Bard antreibt, Amazon’s Olympus und Meta’s Llama 2.

Diese Entwicklung in der generativen KI hat neue Möglichkeiten in der Robotik-Branche eröffnet. Zum Beispiel hat Microsoft zu Beginn des Jahres ChatGPT verbessert, um einen Roboterarm zu bedienen und eine Drohne zu navigieren. Das Unternehmen kündigte auch Pläne an, GPT-gesteuerte Roboter zu entwickeln und generative KI bei der Robotererstellung zu verwenden. Gleichzeitig nutzten Forscher in der Schweiz und den Niederlanden Erkenntnisse aus ChatGPT, um einen Tomatenpflück-Roboter zu entwickeln. Dann gibt es Agility Robotics, die die Verwendung von LLMs zur Steuerung ihres mobilen Manipulationsroboters Digit erforscht.

Wie wir gesehen haben, hilft die KI dabei, die Fähigkeiten von Robotern zu erhöhen, um sie flexibler, intelligenter und effizienter bei der Ausführung verschiedener Aufgaben zu machen. Sie ermöglicht es auch Robotern, menschliche Gesten zu erkennen, Absichten zu verstehen und angemessene Antworten zu geben, was eine effizientere und sicherere Zusammenarbeit zwischen Menschen und Robotern ermöglicht.

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2. Hanson Robotics

Dieses KI- und Robotik-Unternehmen erstellt soziale intelligente Maschinen und ist hinter dem renommierten Sophia-Roboter. Hanson Robotics ist in Materialwissenschaft, Robotik, Forschung und Entwicklung von KI und Erfahrungsentwurf tätig, um “Roboter zum Leben zu erwecken” als nicht nur nützliche Produkte, sondern auch als fesselnde Charaktere.

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

Das ist noch nicht alles. Mika erhielt auch den Titel eines Ehrenprofessors während der Eröffnungszeremonie der Collegium Humanum Universität 2023/24 und hielt eine Rede, in der er die Fortschritte im Bereich KI hervorhob. David Hanson, der CEO von Hanson Robotics, betonte die Wichtigkeit, KI-Technologie “menschlich” zu machen, und dass KI “darüber belehrt werden muss, sich um Menschen zu kümmern”.

Fortgeschrittene 3D-Drucker

Während die erste 3D-Druck-Technologie bereits in den frühen 1980er Jahren erfunden wurde, hat sie in den letzten Jahren erheblich zugenommen, mit einer globalen Marktgöße von 18,33 Milliarden Dollar im Jahr 2022. Dieser Markt wird voraussichtlich bis 2032 auf fast 100 Milliarden Dollar ansteigen.

Als Unternehmen begannen, preiswerte Consumer-Level-3D-Drucker in den 2010er Jahren anzubieten, in Kombination mit dem Medien-Hype, traten Giganten wie General Electric und Hewlett Packard in den Markt ein, und nun 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, um anderen Unternehmen zu helfen, die Endgültigstellung des Designs zu beschleunigen, mehr zu produzieren und schneller zu innovieren.

In der Welt der additiven Fertigung oder 3D-Druck arbeiten Unternehmen daran, die Leistung von 3D-Druckern zu verbessern, um spezifische Prozesse und Anwendungsfälle zu ermöglichen. Fortschritte in diesem Bereich reduzieren die Energieanforderungen für additive Fertigungsprozesse und verbessern die Druckerbewegung. Diese Fortschritte führen zu einer Verringerung der Kosten für 3D-Drucken und helfen der Technologie, eine breitere Zugänglichkeit zu erlangen.

Angesichts der Popularität von 3D-Druckern und der Tatsache, dass Innovation der Standard in der additiven Fertigung ist, arbeiten viele Start-ups daran, die Technologie zu verbessern. Zum Beispiel hat das finnische Start-up Brinter einen modularen Bioprinter für die medizinische und Lebenswissenschaften-Industrie entwickelt. Ihr Bioprinter unterstützt eine Reihe von Bio-Inks und verfügt über eine integrierte UV-Lampe zum Zweck der Desinfektion, die es Forschern ermöglicht, Organe, Krebsmodelle und personalisierte Medikamente zu drucken.

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 auch über eine integrierte Kamera, eine selbstjustierende Plattform und ein Raspberry-Pi-Modul.

Weitere Fortschritte bei 3D-Druckern umfassen die Hybrid-Photo-Synthese-Technologie (HPS), die SLA- (Laser-) und DLP-Technologie kombiniert, um ihre Auflösung und Geschwindigkeit zu nutzen und bessere Ergebnisse im Harz-3D-Druck zu erzielen. Neben der Verbesserung des 3D-Druckers selbst entwickeln Unternehmen auch neue Materialien.

UpNano ist ein solches Unternehmen, das UpFlow für die erstmalige Mikro-3D-Druck-Mikrofluid-Geräte auf seinem Drucker entwickelt hat, wodurch es dem Medtech-Start-up Fertilis ermöglicht, ein Zellkultur-Gerät für den IVF-Markt zu entwickeln.

Automatisierung, Fortschritte in der Software, Metall-3D-Druck und der Aufstieg der digitalen Lieferkette sind andere Trends in diesem Sektor. Es bleiben jedoch Herausforderungen in Form von Skalierungsproblemen, Technologie-Einschränkungen und den Kosten für Geräte, Materialien und Vor- und Nachbearbeitung.

Der 3D-Druck erhält endlich die Aufmerksamkeit, nachdem er lange im Schatten stand, was, wie seine Befürworter behaupten, letztendlich alles von Flugzeugkomponenten bis hin zu medizinischen Geräten massenhaft produzieren kann.

3. Stratasys

Stratasys wurde 1989 gegründet und ist bekannt für die Herstellung von Lösungen für verschiedene Branchen und kann sich damit brüsten, dass sein Gründer einen der ersten 3D-Drucker entwickelt hat. Das an der Börse notierte Unternehmen hat eine Marktkapitalisierung von 1 Milliarde Dollar, da seine Aktien bei 14,51 Dollar gehandelt werden, was einem Anstieg von 22,34 % im Laufe des Jahres entspricht. Das Unternehmen hat einen Umsatz von 630,579 Millionen Dollar in den letzten 12 Monaten und einen Gewinn pro Aktie (EPS) von -1,61, einem Kurs-Gewinn-Verhältnis (P/E) von -9,03 und einem Eigenkapitalrentabilität (ROE) von -4,82 %.

Kürzlich erhielt das Unternehmen ein unerwartetes Übernahmeangebot von Nano Dimension Ltd. für alle Aktien, die es derzeit nicht besitzt, für 16,50 Dollar pro Aktie in bar, was dem Unternehmen eine Bewertung von 1,1 Milliarden Dollar gibt. Dies geschah, nachdem Stratasys die geplante Fusion mit Desktop Metal im Wert von 1,8 Milliarden Dollar aufgrund der Ablehnung des Deals durch die Mehrheit der Aktionäre beendet hatte. Nano Dimension besitzt etwa 14 % der Aktien des Unternehmens und hat in diesem Jahr mehrmals versucht, die verbleibenden Aktien zu erwerben.

Was den neuesten FDM-Drucker des Unternehmens, den F3300, betrifft, der für Skalierbarkeit konzipiert ist, arbeitete Stratasys mit ATI zusammen, um einen benutzerdefinierten Werkzeugwechsler zu entwickeln, der es dem Benutzer ermöglicht, einen von vier Extrudern gleichzeitig zu verwenden. Dies gibt dem Benutzer mehr Flexibilität in Bezug auf Redundanz des Extruders sowie die Möglichkeit, mehrere Farben in einem Teil zu drucken und zwei verschiedene Auflösungen zu integrieren. Das Unternehmen hat angekündigt, dass Toyota der erste Kunde sein wird, der den neuen Stratasys F3300 3D-Drucker kauft.

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Schlussfolgerung

Die Welt verändert sich mit rasender Geschwindigkeit, und mit ihr entwickeln Unternehmen für die additive Fertigung maßgeschneiderte Materialien und verbessern die Leistung von 3D-Druckern weiter, während die Welt der Robotik Durchbrüche erlebt, die sie intelligenter machen und es ihnen ermöglichen, mit Menschen effizienter zu interagieren.

Wir können erwarten, in Zukunft noch anspruchsvollere Produkte zu sehen, und die Fortschritte in beiden Bereichen haben das Potenzial, viele Branchen zu verändern, neue Beschäftigungsmöglichkeiten und Bildungschancen zu bieten und unser tägliches Leben zu verbessern.