Industrie-Lexikon

Robotik

Das Themengebiet der Robotik (auch Robotertechnik) befasst sich mit dem Versuch, das Konzept der Interaktion mit der physischen Welt auf Prinzipien der Informationstechnik sowie auf eine technisch machbare Kinetik zu reduzieren. Der Begriff des ÔÇ×Roboters“ beschreibt dabei eine Entit├Ąt, welche diese beiden Konzepte in sich vereint, indem sie die Interaktion mit der physischen Welt auf der Basis von Sensoren, Aktoren und Informationsverarbeitung umsetzt. Kernbereich der Robotik ist die Entwicklung und Steuerung solcher Roboter. Sie umfasst Teilgebiete der Informatik (insbesondere von K├╝nstlicher Intelligenz), der Elektrotechnik und des Maschinenbaus. Ziel der Robotik ist es, durch Programmierung ein gesteuertes Zusammenarbeiten von Roboter-Elektronik und Roboter-Mechanik herzustellen.

Den Begriff erfunden und gepr├Ągt hat der Science-Fiction-Autor Isaac Asimov, erstmals erw├Ąhnt wurde er in dessen Kurzgeschichte Runaround (dt. Herumtreiber) im M├Ąrz 1942 im Astounding-Magazin. Nach Asimovs Definition bezeichnet Robotik das Studium der Roboter.

Geschichte
Bereits in der Antike wurden erste Versuche mit Automaten durchgef├╝hrt. Bekannt sind etwa automatische Theater und Musikmaschinen, erdacht durch Heron von Alexandria, oder die fliegende Taube des Archytas. Mit dem Niedergang der antiken Kulturen verschwanden tempor├Ąr auch die wissenschaftlichen Erkenntnisse dieser Zeit. Um 1205 verfasste Al-Dschazar─ź, Muslim-arabischer Ingenieur und Autor des 12. Jahrhunderts, sein Werk ├╝ber mechanische Apparaturen, die Kit─üb f─ź ma╩┐rifat al-Hiyal al-handas─źya ÔÇ×Buch des Wissens von sinnreichen mechanischen Vorrichtungen“, das auch als ÔÇ×Automata“ im westlichen Kulturbereich bekannt wurde. In diesem Werk bekundet er, dass er es f├╝r das Reich der Ortoqiden geschrieben habe. Er erstellte die fr├╝hen humanoiden Automaten, und den programmierbaren Automaten Band: Roboter, H├Ąndewasch-Automat, Automatisierte Verschiebung von Pfauen. Leonardo da Vinci soll von den klassischen Automaten von Al-Dschazar─ź beeinflusst worden sein. So sind seine Aufzeichnungen und Skizzen aus dem 15. Jahrhundert ├╝ber Androiden bekannt. Nat├╝rlich reichte der technische Kenntnisstand der damaligen Zeit noch nicht aus, um derartige Pl├Ąne auch zu realisieren. Um 1740 konstruierte und erbaute Jacques de Vaucanson bereits einen fl├Âtenspielenden Automaten, eine automatische Ente sowie den ersten programmierbaren vollautomatischen Webstuhl. In der Literatur wird letzterer Verdienst oft auch Joseph-Marie Jacquard 1805 zugeschrieben.

Ende des 19. Jahrhunderts wurden in diesem Bereich besondere Anstrengungen im Milit├Ąrwesen unternommen (fernbedienbare Boote, Torpedosteuerungen). Der Schriftsteller Jules Verne schrieb eine Geschichte ├╝ber eine Menschmaschine. 1920 f├╝hrte der Schriftsteller Karel ─îapek den Begriff Roboter f├╝r einen Androiden ein. Nach Ende des Zweiten Weltkrieges erfuhr der Bereich der Robotik rasante Fortschritte. Ausschlaggebend daf├╝r waren sicherlich auch die Erfindung des Transistors 1947 in den Bell Laboratories, integrierte Schaltkreise und in weiterer Folge die Entwicklung leistungsstarker und platzsparender Computer.

Ab etwa 1955 kamen erste NC-Maschinen auf den Markt und 1954 meldet George Devol in den USA ein Patent f├╝r einen programmierbaren Manipulator an, dieses Datum gilt als Geburtsstunde f├╝r die Entwicklung von Industrierobotern. Devol war auch Mitbegr├╝nder der Firma Unimation, die 1960 den ersten hydraulisch betriebenen Industrieroboter vorstellte. 1968 wird am MIT der erste mobile Roboter entwickelt.

In Deutschland wurde die Robotertechnik erst ab Anfang der 1970er Jahre produktiv eingesetzt.

Um 1970 wurde auch der erste autonome mobile Roboter Shakey (der Zittrige) am Stanford Research Institute entwickelt.

Im Jahr 1973 wurde an der Waseda-Universit├Ąt Tokio die Entwicklung des humanoiden Roboters Wabot 1 gestartet. Im selben Jahr baute der deutsche Robotikpionier KUKA den weltweit ersten Industrieroboter mit sechs elektromechanisch angetriebenen Achsen, bekannt als FAMULUS.  Ein Jahr sp├Ąter 1974 stellte die schwedische ASEA ihren vollst├Ąndig elektrisch angetriebene Roboter (IRb6) vor.

Im Jahre 1986 startete Honda das Humanoid Robot Research and Development Program. Ergebnis waren die humanoiden Roboterversionen P1 bis P3. Eine Weiterentwicklung stellte Honda 2004 in Form des humanoiden Roboter ASIMO vor.

1997 landete der erste mobile Roboter auf dem Mars (Sojourner).

Auch die Spielzeugindustrie hat sich der Robotik nicht verschlossen. Aktuelle Beispiele f├╝r derartige Erzeugnisse sind Lego Mindstorms, iPitara, Robonova oder der Roboterhund Aibo der Firma Sony.

Robotik heute
Die Robotik ist eine wissenschaftliche Disziplin, die sich mit der Entwicklung von Robotern besch├Ąftigt. Dabei spielen die mechanische Gestaltung, die Regelung und die elektronische Steuerung eine wesentliche Rolle. Die mechanische Modellierung eines Roboters basiert meistens auf Methoden der Mehrk├Ârpersysteme bzw. Mehrk├Ârperdynamik, w├Ąhrend der Entwurf der Regelung f├╝r Roboter dem Gebiet der Automatisierungstechnik entstammt.

Es werden mittlerweile alternative Techniken zum Rad als Fortbewegungsmittel in der menschlichen Umgebung erforscht, wie zum Beispiel das Gehen auf sechs, vier, zwei oder auch einem Bein. W├Ąhrend Industrieroboter in einer auf sie angepassten Umgebung meist handwerkliche oder Handhabungs-Aufgaben erledigen, sollen derartige Serviceroboter Dienstleistungen f├╝r und am Menschen erbringen. Dazu m├╝ssen sie sich in der menschlichen Umgebung bewegen und zurechtfinden k├Ânnen, was Gegenstand wissenschaftlicher Forschung ist.

Wie ein Spiel anmutend, aber mit ernsthafter wissenschaftlicher Forschung als Hintergrund sind Roboter-Fu├čballspiele zwischen Mannschaften gleichartiger Roboter. Ziel der Forscher ist es bis 2050 eine Fu├čballmannschaft aus autonomen zweibeinigen Robotern zu entwickeln, die gegen den Fu├čball-Weltmeister antreten kann.

Industrieroboter werden meist in f├╝r den Menschen zu gef├Ąhrlichen oder unzumutbaren Umgebungen eingesetzt. Moderne Roboter erledigen heute stupide Flie├čbandarbeit schneller und wesentlich genauer als ein Mensch und k├Ânnen ihn in immer mehr Bereichen ersetzen (Automatisierung). Autos werden heutzutage mit starker Beteiligung von Robotern gebaut, und auch ein moderner Mikroprozessor w├Ąre ohne einen Roboter nicht mehr herstellbar. Serviceroboter werden seit einiger Zeit eingesetzt, um den Menschen den Alltag zu erleichtern oder um sie zu unterhalten, wie zum Beispiel der Robosapien. Es gibt bereits Haushalts-Roboter, die in der Lage sind, Staub zu saugen, den Boden zu wischen oder den Rasen zu m├Ąhen. Sie sind zwar nur auf eine einzige Aufgabe spezialisiert, k├Ânnen diese aber relativ autonom durchf├╝hren. Forschungsroboter erkunden unter anderem ferne Planeten oder Katastrophengebiete  und dringen in Vulkane oder Abwasserrohre vor. AUVs werden f├╝r unterschiedlichste Detektionsmissionen im marinen Bereich verwendet. Es gibt Konzepte und erste Prototypen f├╝r Kryobots und Hydrobots die zuk├╝nftig in der Raumfahrt eingesetzt werden. Auch gibt es ├ťberlegungen Roboter f├╝r Proben-R├╝ckhol-Missionen und Asteroidenbergbau einzusetzen.

In der Medizin werden Roboter f├╝r Untersuchungen, Operationen und Rehabilitation eingesetzt und verrichten einfache Aufgaben im Krankenhausalltag. Ein Prototyp f├╝r winzige Nanoroboter, die sich im Blutkreislauf bewegen k├Ânnen, wurden bereits 2004 an der ETH Z├╝rich an einem Auge getestet. Sie werden durch Magnetfelder von au├čen gesteuert. Der Assistenzroboter FRIEND, der am Institut f├╝r Automatisierungstechnik der Universit├Ąt Bremen entwickelt wurde, soll behinderte und ├Ąltere Personen bei den Aktivit├Ąten des t├Ąglichen Lebens (zum Beispiel dem Zubereiten einer Mahlzeit) unterst├╝tzen und ihnen eine Reintegration ins Berufsleben erm├Âglichen.

Modulare Roboter Baukastensysteme werden als physical rapid prototyping f├╝r mobile Serviceroboter vor allem im Forschungs- und Entwicklungsbereich eingesetzt. Der Ansatz komponentenbasierte, offene Schnittstellen zu wieder verwendbaren Hardware- und Softwaremodulen erm├Âglicht eine schnelle und kosteneffiziente Realisierung von Roboterprototypen. Gerade im Bereich der Servicerobotik erfordert die Komplexit├Ąt der geforderten Aufgaben neue, dynamische, flexible und kosteng├╝nstige Ans├Ątze bei der Entwicklung entsprechender Robotersysteme.

Erste Unterhaltungsroboter wie der Roboter-Hund Aibo von Sony sind ein Schritt zum elektronischen Haustier. Neben Aibo gibt es weitere Roboterprodukte der Spielzeug- und Unterhaltungsindustrie, die mit einem Computer in einer meist einfachen Sprache programmiert werden k├Ânnen, um zum Beispiel einer Lichtquelle oder einem Strich auf dem Boden zu folgen oder farbige Baukl├Âtze zu sortieren.

Eine weitere Hobbyrichtung ist der Eigenbau von Robotern. Dies kann unterst├╝tzt durch vorbereitete Roboterbaus├Ątze erfolgen oder aber nach freier Fantasie. In diesem Fall muss man beispielsweise ein Auto-├Ąhnliches Fahrzeug selbst konstruieren, mit geeigneten Sensoren Entfernungen zum Ziel oder die Farbe des Untergrundes bestimmen und aus diesen Messergebnissen einen Kurs ermitteln, den das Fahrzeug fahren soll. Die eigentliche Aufgabe besteht darin, die Sensordaten mit Geschwindigkeit und Richtung des Fahrzeugs zu verkn├╝pfen. Das erfolgt in einem Mikrocontroller, der selbst programmiert werden muss. Die erforderliche Elektronik wird in unterschiedlicher Ausf├╝hrung als C-Control oder ROBOprogy  oder Arduino (Plattform) angeboten. Bekannte, aber auch sehr aufw├Ąndige Vorbilder sind die Rover.

Viele fasziniert zum Beispiel der Bau von ÔÇ×Kampfrobotern“, die ferngesteuert mit martialischen Waffen einander zu zerst├Âren versuchen. Da diese Maschinen ferngesteuert werden und keine nennenswerte eigene Intelligenz besitzen, handelt es sich dabei bisher nicht um Roboter im eigentlichen Wortsinn.

Roboter sind auch ein beliebter Gegenstand in der Science-Fiction. Dort gibt es menschenartige Roboter, die oft ├╝ber k├╝nstliche Intelligenz verf├╝gen. Sind sie auch noch reine Fiktion, so pr├Ągen Isaac Asimovs Robotergesetze durchaus schon das Denken ├╝ber Roboter.

Eine zus├Ątzliche, bereits in sehr einfacher Form realisierte Variation des Roboters ist der Cyborg als Verschmelzung von Roboter-Technologie mit der menschlichen Anatomie. Androiden – k├╝nstliche menschen├Ąhnliche Wesen – k├Ânnen Roboter sein, Roboter m├╝ssen aber nicht unbedingt Androiden sein. Ein erster weit entwickelter Ansatz ist der Roboter ASIMO der Firma Honda.

Quelle: Wikipedia

 

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