KI erweitert die Möglichkeiten der Robotik

Künstliche Intelligenz und Robotik wachsen auf vielfältige Weise zusammen. Eine Studie zum Roboter ANYmal zeigt neue Möglichkeiten der Fortbewegung. Von sprachfähigen Robotern bis zu Systemen für Inspektion und Rettung entstehen Anwendungen, die beide Bereiche verbinden.

KI öffnet die Tür für intelligente Roboter

Sprechende Roboter gehören seit Jahrzehnten zur Science-Fiction. Schon vor modernen Computern stellten sich Autoren Maschinen vor, die das Leben der Menschen erleichtern oder erschweren. Einige dieser Ideen werden inzwischen technisch umgesetzt, auch wenn die Fähigkeiten heutiger Roboter begrenzt bleiben.

Fortschritte bei KI erleichtern die Interaktion mit manchen Systemen. Texteingaben können beispielsweise dazu dienen, Zusammenfassungen oder Geschichten anzufordern. Die Verarbeitung von Bildern und Videos hängt vom jeweiligen System und seiner Version ab. Solche Werkzeuge verbessern sich durch Training und Entwicklung, nicht automatisch mit jedem Einsatz; Fehler bleiben möglich.

Quelle – Robotguide – ANYmal

Große Sprachmodelle können die Kommunikation mit Geräten per Text und Sprache unterstützen. Sprachassistenten wie Alexa von Amazon (AMZN ) gingen diesen Entwicklungen voraus. Solche Technologien können Robotern helfen, Anweisungen zu verstehen und Informationen zu vermitteln. Sichere Steuerung und die Prüfung ihrer Antworten bleiben erforderlich.

Roboter können auch aus Bildern und praktischen Demonstrationen lernen. Das kann die Vermittlung von Bewegungsabläufen erleichtern. Es bedeutet jedoch nicht, dass jede Person komplexe körperliche Aufgaben ohne Aufwand oder Fachkenntnisse programmieren kann.

Simuliertes Lernen

In Simulationen lassen sich Roboter in virtuellen Umgebungen trainieren, bevor sie in der Realität eingesetzt werden. Viele Wiederholungen helfen, Bewegungen und Entscheidungen zu verbessern. Das kann Kosten und Risiken physischer Tests reduzieren. Allerdings muss anschließend geprüft werden, wie gut das Gelernte unter realen Bedingungen funktioniert.

KI‑Robotik ist im Aufschwung

Eine im Ausgangsartikel zitierte Marktprognose von Next Move Strategy erwartete bis 2030 einen starken Anstieg des Marktes für KI-Robotik auf rund 184 Milliarden US-Dollar. Solche Prognosen sind keine garantierten Ergebnisse. Auch die dort genannte Zahl von 3,4 Millionen Industrierobotern ist eine ältere Bestandsangabe und keine Zählung ausschließlich KI-gesteuerter Roboter. Anwendungen reichen von der Fertigung bis zum Gesundheitswesen; auch Haushaltsrobotik ist ein Entwicklungsfeld.

Roboter in Ihrem Zuhause

Bereits 2002 brachte iRobot den Saugroboter Roomba auf den Markt. Die im Ausgangsartikel genannte Zahl von mehr als 44 Millionen verkauften Robotern beschreibt einen später erreichten kumulierten Absatz, nicht Verkäufe im Einführungsjahr.

Der Artikel beschrieb die damalige überwiegende Analysteneinschätzung zu IRBT als „Halten“.

Frühe Saugroboter nutzten unter anderem Infrarot- und Kontaktsensoren zur Orientierung. Neuere Geräte können je nach Modell Kameras, LiDAR und weitere Sensoren mit Software zur Kartierung und Navigation verbinden. Nicht jedes Gerät verwendet alle diese Techniken.

Quelle – iRobot

Saugroboter gehören zu den frühen verbreiteten Haushaltsrobotern. Daneben werden Assistenzroboter, Sicherheitsdrohnen und robotische Haustiere entwickelt. Ihre Verbreitung hängt unter anderem von Preis, Nutzen, Zuverlässigkeit und Datenschutz ab.

Roboterhunde mit lernfähiger Steuerung

Mechanische Haustiere beschäftigen Erfinder und Autoren schon lange. Sie können Gesellschaft, Sicherheit und Unterstützung versprechen. Zugleich haben fiktionale Darstellungen früh gezeigt, wie solche Technologien auch missbraucht werden könnten.

In Ray Bradburys dystopischem Roman Fahrenheit 451 dient der mechanische Hund der Verfolgung von Menschen. Seine Nadel und seine Fähigkeit, Geruchsspuren zu erkennen, machen ihn zum bedrohlichen Überwachungsinstrument. Diese literarische Darstellung zeigt eine düstere Vorstellung robotischer Technik, keine Beschreibung heutiger Produkte.

Moderne vierbeinige Roboter können mit Kameras, Tiefensensoren und weiteren Messgeräten ihre Umgebung erfassen. Lernbasierte Steuerungen helfen ihnen, Bewegungen an Hindernisse anzupassen. Welche Fähigkeiten verfügbar sind, hängt von der konkreten Hardware und Software ab; menschliches Denken wird damit nicht gleichgesetzt.

Eine neue Ära der intelligenten Robotik

Das 2016 gegründete Schweizer Unternehmen ANYbotics entwickelt den vierbeinigen Roboter ANYmal für anspruchsvolle Umgebungen. Beine können Hindernisse überwinden, die für Räder oder Ketten schwierig sind. Das macht solche Roboter unter anderem für Inspektion und Überwachung interessant, ohne ihre Eignung für jede Rettungsaufgabe zu garantieren.

ANYmal nutzt verschiedene Sensoren zur Wahrnehmung seiner Umgebung. Lernverfahren und andere Steuerungsmethoden unterstützen die Fortbewegung auf schwierigem Gelände. Autonome Navigation bedeutet dabei nicht, dass in allen Einsatzsituationen auf menschliche Aufsicht verzichtet werden kann.

Maschinelles Lernen kombiniert mit modellbasierten Steuerungen

Forschende der ETH Zürich trainierten ANYmal auf Sprünge, Klettern und das Überwinden von Hindernissen in parkourähnlichen Umgebungen. Verwandte Forschungsarbeiten untersuchten lernbasierte und modellbasierte Verfahren, um die Fortbewegung auf schwierigem Untergrund zu verbessern.

Kamera- und Sensordaten helfen den Steuerungen, die Umgebung einzuschätzen und geeignete Bewegungen auszuwählen. Lernen durch Versuch und Irrtum findet dabei insbesondere in der Simulation statt. Es bedeutet nicht, dass der Roboter während jeder realen Aufgabe zufällig gefährliche Bewegungen ausprobiert.

Modellbasierte Steuerung nutzt eine mathematische Beschreibung der Roboterdynamik und der Umgebung. Beim bestärkenden Lernen können Bewegungsstrategien dagegen durch viele simulierte Versuche entstehen. Die Kombination unterschiedlicher Verfahren kann helfen, Treppen, Lücken und andere Hindernisse zu bewältigen.

NVIDIA AI

NVIDIA (NVDA ) bietet Rechenhardware und Software für KI und Robotik. Bekannt ist das Unternehmen unter anderem für Grafikprozessoren. Im Robotikbereich stellt es insbesondere Plattformen bereit, die andere Unternehmen und Entwickler für ihre Systeme nutzen.

Der Artikel beschrieb die damalige überwiegende Analysteneinschätzung zu NVDA als „Starker Kauf“.

Mit NVIDIA Jetson können Entwickler KI-Anwendungen auf Robotern und anderen Geräten ausführen. Dazu zählen die Wahrnehmung von Hindernissen und die Planung von Wegen. Autonomie und Zusammenarbeit mehrerer Roboter hängen von den zusätzlich eingesetzten Sensoren und Programmen ab.

Roboter, die Technologien von NVIDIA nutzen, werden unter anderem in Fertigung, Logistik und Inspektion eingesetzt. Simulationsumgebungen erlauben Tests und Training vor dem Betrieb auf realer Hardware. Das kann bestimmte Entwicklungskosten und das Risiko von Sachschäden reduzieren.

Wettbewerb im Sektor

Im Robotiksektor arbeiten unter anderem Boston Dynamics, SoftBank Group, ABB, Microsoft (MSFT ), Alphabet (GOOG ), iRobot und Amazon. Ihre Rollen reichen von Hardware und Software bis zu Forschung und Investitionen. Nicht jedes dieser Unternehmen stellt Roboter für alle genannten Anwendungen her.

Auch junge Unternehmen entwickeln neue Anwendungen. Gecko Robotics kombiniert beispielsweise kletternde Inspektionsroboter, Sensorik und Datenanalyse zur Untersuchung wichtiger Infrastruktur. Ultraschallprüfungen können Informationen über den Zustand von Kesseln, Druckbehältern, Tanks und Rohrleitungen liefern, ohne die Bauteile zu zerstören.

Geografische Einblicke

Nordamerika ist ein wichtiger Standort für KI- und Robotikunternehmen, aber daraus lässt sich keine allgemeine Mehrheit aller führenden Robotikhersteller ableiten. Die US-Regierung kündigte 2020 Investitionen von mehr als einer Milliarde US-Dollar über fünf Jahre in Forschungsinstitute für KI und Quanteninformationswissenschaft an. Das war kein ausschließliches Programm zur Integration von Robotern in Fabriken unter dem Namen Industrie 4.0.

Auch asiatische Länder verfügen über bedeutende Robotikmärkte und Hersteller. Anwendungen umfassen industrielle Fertigung, Logistik, Gesundheitswesen und Dienstleistungen. Eine strikte Aufteilung, wonach US-Unternehmen hauptsächlich Militär- und Haushaltsrobotik und asiatische Firmen ausschließlich Sicherheit, Lieferung und Medizin bedienen, wäre irreführend.

Robotik‑Ethik

Mit der Verbreitung KI-gestützter Roboter gewinnen ethische Fragen an Bedeutung. Dazu gehören Datenschutz, Verantwortung bei Fehlern und die Kontrolle militärischer Systeme. Sinkende Kosten und bessere Verfügbarkeit können neue Anwendungen ermöglichen, aber auch Missbrauch erleichtern. Der erforderliche menschliche Einfluss muss deshalb für den jeweiligen Einsatz geklärt werden.

Robotik wird Ihr Leben verändern

Die Verbindung von Robotik und KI kann nützlichere und leichter bedienbare Systeme hervorbringen. Viele Anwendungen befinden sich jedoch noch in Entwicklung oder Erprobung. Geschäftliche Chancen sind mit technischen, regulatorischen und finanziellen Risiken verbunden; ein wachsender Markt garantiert keine Rendite einzelner Anlagen.