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Im Gespräch mit Mathias Hüsing, Professor und stellvertretender Leiter des Instituts für Getriebetechnik, Maschinendynamik und Robotik der RWTH Aachen University.
06.03.2025
Mensch und Maschine: Eine harmonische Zusammenarbeit?
ESV-Redaktion Arbeitsschutz
Kollaborative Roboter, auch Cobots genannt, werden zunehmend in der Industrie eingesetzt: Im vergangenen Jahr waren 55.000 von 553.000 installierten Industrierobotern kollaborative Roboter. Wie ist es um die Zusammenarbeit von Mensch und Maschine bestellt? Und was können wir in der Zukunft erwarten?
Herr Hüsing, was sind Cobots und wie unterscheiden sie sich von herkömmlichen Industrierobotern?
Cobots sind Industrieroboter, die die notwendigen Sicherheitsfunktionen mit sich bringen, um in einer kollaborativen oder kollaborierenden Arbeitsumgebung bzw. Applikation eingesetzt werden zu können. Diese Roboter interagieren und arbeiten sicher mit Menschen in einer gemeinsamen Arbeitsumgebung. Möglich ist dies aufgrund entsprechender Sensorik, also Messsystemen, die den Roboter in die Lage versetzen, die Anwesenheit von Menschen in der Umgebung zu erkennen. Damit werden Kollisionen oder Verletzungen vermeiden und es sind keine weiteren Absperrungen und Käfige erforderlich. Zu beachten ist hierbei, dass im eigentlichen Sinne nicht der Roboter, sondern die Applikation kollaborativ ist, denn ein Skalpell führender Cobot ist nicht wirklich kollaborativ, selbst wenn er mit dem Skalpell stillsteht.
Der Unterschied zum herkömmlichen Industrieroboter besteht im Bereich Sicherheit, Traglast, Kosten, Programmierung und Flexibilität. Cobots verfügen, wie erwähnt, über Sensorik zur Umsetzung von erforderlichen Sicherheitsfunktionen. Diese Sensorik ist bei herkömmlichen Industrierobotern nicht erforderlich und kann eingespart werden. Cobots haben auch eine geringere Traglast als herkömmliche Industrieroboter. Das trägt dazu bei, das Risiko von Verletzungen im Falle einer Kollision zu minimieren. Der Cobot darf sich im Umfeld des Menschen auch nicht zu schnell bewegen. Aufgrund der geringeren Verfahrgeschwindigkeiten und der geringeren Traglast können die antreibenden Motoren deutlich schwächer ausgelegt werden. Dadurch können Bauelemente des Cobots leicht und weniger steif ausgeführt werden. Das führt zu einem einfacheren und kostengünstigeren Design und zu einer einfacheren Herstellung.
Mitunter werden Cobots dann auch als „Leichtbauroboter“ bezeichnet. Der Leichtbau trägt dazu bei, die Gesamtkosten für Cobots zu senken, was sie für eine breitere Palette von Anwendungen zugänglicher und flexibler macht.
Das Konzept der Cobots hat auch neue Roboterhersteller auf den Markt gebracht, diese waren frei von früheren Konventionen und haben die Schnittstellen der Programmierung stark vereinfacht, sodass auch unerfahrene Roboteranwender einen sehr leichten Zugang zum Roboter gewinnen konnten.
Und es zeichnet sich eine ganz neue Entwicklung ab: Neben den kollaborierenden Roboter werden nun auch kognitive Roboter entwickelt und auf den Markt gebracht. Kognitive Roboter verfügen über alle Eigenschaften der kollaborativen Roboter, sie besitzen aber zusätzlich Fähigkeiten der Kognition, also beispielsweise erweiterte Fähigkeiten der Wahrnehmung und des Lernens. In ersten Beispielanwendungen kommuniziert der Roboter mit dem Menschen über die Sprache. Beispielsweise kann er über Kommunikation aufgefordert werden, bestimmte Gegenstände zu greifen und zu übergeben. Der kognitive Roboter antwortet, erkennt über eine intelligente Kamera- bzw. Bildauswertung die genannten Gegenstände und übergibt sie.
Welche Vorteile bieten Cobots für die Mensch-Roboter-Kollaboration?
Erst durch Cobots wird aus einer Mensch-Roboter-Interaktion eine Mensch-Roboter-Kollaboration. Die oben genannten Aspekte Sicherheit, Traglast, Kosten, Programmierung und Flexibilität sind natürlich zu nennen. Eine interessante Funktion ist beispielsweise die Handführung eines Roboters. Man kann sich das so vorstellen, dass man den Roboter per Hand in bestimmte Positionen bringt, diese dann abspeichert und so schließlich den Arbeitsprozess zusammenstellt. Man kann den Cobot sozusagen „wie von Hand“ programmieren.
Welche Sicherheits- und Arbeitsschutzmaßnahmen müssen bei der Arbeit mit Cobots beachtet werden?
Das ist eine sehr wichtige Frage, die sich aber gar nicht so einfach beantworten lässt. Es gibt eine Fülle von CE-Richtlinien, Maschinenrichtlinien und EN-ISO-Normen zu beachten, deren Nennung an dieser Stelle nicht wirklich weiterhilft. Die erforderlichen Sicherheits- und Arbeitsschutzmaßnahmen beginnen wie bei allen Arbeitsplätzen mit einer Risikobeurteilung, um die potenziellen Gefahren zu erkennen und entsprechende Maßnahmen zu ergreifen. Je nach Anwendung müssen Sicherheitszonen definiert werden. Wesentlich ist eine Kollisionsvermeidung. Aus den Normen können Geschwindigkeitsbegrenzungen abgeleitet werden. Die Schulung von Mitarbeitern ist zwingend erforderlich. Hierzu bedarf es einer geeigneten Dokumentation, in der alle Sicherheitsmaßnahmen und Wartungsarbeiten dokumentiert sind.
Wichtig hierbei zu beachten ist nicht allein der Cobot, sondern die kollaborative Anwendung. Auch variieren stets die spezifischen Anforderungen der Anwendung oder des Arbeitsplatzes und der eingesetzten Cobots.
Wie weit ist die Verknüpfung mit bzw. der Einsatz von künstlicher Intelligenz bei Cobots vorangeschritten?
Zunehmend erfahren wir im Alltag den Einsatz von künstlicher Intelligenz. Meist ist der Einsatz hier auf Software-Applikationen fokussiert (z. B. Fotobearbeitungssoftware, ChatGPT). Meiner Meinung nach beschränkt sich im Moment der Einsatz von künstlicher Intelligenz bei Cobots auf kamerabasierte Applikationen, wie die Erkennung von Bauteilen in einer Kiste (Bin-Picking), und Software zur Erfassung der Umgebung.
Mensch-Roboter-Anwendungen mit und durch künstliche Intelligenz werden bei kognitiven Cobots umgesetzt. Derzeit werden Schritte vom Forschungsstadium zur industriellen Anwendung unternommen. Hier sind z. B. Gesten- und Bewegungserkennung, einzelne Arbeitsschritte eines Werkers, Sprachsteuerungen des Roboters oder das Erlernen von unterschiedlichen Handlungen durch Training zu nennen. Die Informatik und auch Roboterhersteller arbeiten dabei an höchst spannenden Fragestellungen. Dazu zählt vor allem das selbstständige Lernen des Roboters.
Warum ist das so?
Nun, man kann sich gut vorstellen, dass nicht alle möglichen Ereignisse bei der Mensch-Roboter-Kollaboration vorhergesagt werden können. Damit ein Roboter auch auf solche unvorhergesehenen Situationen regieren kann, muss seine Steuerung so ausgelegt und programmiert werden, dass sich diese stets anpassen und schließlich aus gemachten Erfahrungen selbstständig verändern kann. Erst mit einer solchen lernfähigen Software kann sich der Roboter selbstständig in der Umgebung und beim Umgang mit dem Menschen zurechtfinden. Forscher gehen auch der Frage nach: Können Roboter lernen, sich selbst wahrzunehmen?
Solche tiefgreifenden KI-Applikationen können erst dann eingesetzt werden, wenn sie geeignet CE-zertifiziert werden können, sowohl im Hinblick auf Sicherheit als auch auf Verantwortung. Solche Zertifizierungen gibt es noch nicht. Auch dieses Gebiet ist aktuell Thema umfangreicher Forschungsarbeiten.
Ich bin sicher, dass es zu Zertifizierungen und erheblichen Fortschritten in diesem Bereich kommen wird. Die Technologie wird sich hier weiterentwickeln. Nicht zuletzt werden Anwendungen im Alltag, im Haushalt und in der Küche Fortschritte beflügeln. Denn dann sind es nicht Industrie-Cobots, sondern Haushalt-Cobots. Der Markt hierfür wird immens sein.
Wo liegen derzeit die Grenzen beim Einsatz von Cobots?
Die Grenzen der Cobots und deren Applikationen liegen im Moment hauptsächlich in der Komplexität und Flexibilität der Anwendung und des Prozesses. Cobots können sehr gut hinsichtlich wiederholender und einfach vorhersehbarer Anwendungen eingesetzt werden. Doch sie geraten an ihre Grenzen, wenn die Aufgaben aufgrund von unvorhersehbaren Ereignissen oder besonders großen Anforderungen hinsichtlich der Präzision komplexer werden. Auch wegen fehlender Anpassbarkeit liegt keine echte Flexibilität der Cobots vor. Die meisten Cobots können auf den Menschen mittels ihrer Sensorik geeignet reagieren, aber nicht wirklich interagieren. Für eine umfassende und geeignete Interaktion mit dem Menschen fehlt ihnen noch die bereits erwähnte Lernfähigkeit. Roboterhersteller arbeiten intensiv an der Beseitigung solcher Defizite, insbesondere durch die Entwicklung von kognitiven Robotern.
Wie sieht die Zukunft von Cobots aus? Welche Innovationen und Trends sind zu erwarten? Welche Forschungs- und Entwicklungsprojekte gibt es aktuell oder in naher Zukunft?
Ich habe es bereits angedeutet: Die Zukunft der Cobots wird bestimmt durch Kognition und künstliche Intelligenz (KI). Die KI-basierte kognitive Robotik profitiert natürlich von Entwicklungen der Sprach- und Textkommunikation, die wir alle miterleben können, z. B. durch Sprachsysteme wie Alexa und Siri und textbasierte Systeme wie ChatGPT. Mit dieser kognitiven und KI-Unterstützung werden auch die Anwendungen in unterschiedlichsten Bereichen wachsen, nicht nur im industriellen Umfeld, sondern auch im Heimbereich, also Haushalt, Wohnung und Küche. Sowohl Forschungen in den Grundlagen als auch in den Anwendungen unterstützen dabei. Es gibt vielerlei Forschungsprojekte, einzelne herauszugreifen, wäre nicht sinnvoll. Aber auf eins möchte ich hinweisen. Es gibt wichtige Aktivitäten seitens der Bundesministerien durch die Gründung des „Robotics Institute Germany“, das deutschlandweit als Forschungsnetzwerk wirkt und KI-basierte Robotik national fördern soll. Es ist zu beachten, dass Robotik im Bereich der Anwendung und Forschung ein höchst heterogenes Feld ist; nicht nur Informatiker, Elektrotechniker und Maschinenbauer forschen hier, sondern ebenso Ethiker und Psychologen. Resultate aus aktuellen Forschungen sind erst in ein paar Jahren absehbar.
Menschen neigen dazu, unbelebte Objekte mit menschlichen Eigenschaften zu versehen. In der Science-Fiction verlieben sie sich sogar in KIs. Sehen Sie da eine Herausforderung oder gar eine Gefahr in der Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine?
Sie sprechen Science-Fiction-Roboter an. Hierzu Folgendes: Robotik im aktuellen Entwicklungszustand ist weit weg (Lichtjahre) von den in Science-Fiction beschriebenen humanoiden KI-Robotern. Zugegeben, es gibt erste humanoid aussehende Roboter, aber deren Eigenschaften und Fähigkeiten sind sehr beschränkt. Die Fähigkeiten beschränken sich bei den höchst entwickelten „Spezies“ auf Fortbewegung und kamerabasierte Navigation. Natürlich kommt auch etwas Kommunikation hinzu.
Um die Fähigkeiten der bekannten Science-Fiction-Roboter zu erreichen, bedarf es vor allem hochentwickelter Software, die es weder gibt noch auf roboterseitigen Rechnern ausgeführt werden könnte. Die Rechenleistung würde so immens sein, dass nur ausgelagerte große Rechnersysteme diese abbilden könnten. Das kann nur über cloudbasierte Lösungen funktionieren, die extrem schnell mit der Roboterhardware kommunizieren müssten. Es ist die Frage, ob aktuelle Kommunikationsstandards (aktuell 5G, bald 6G) ausreichen.
Sie haben recht: Unbelebte Objekte mit menschlichen oder lebendigen Eigenschaften zu versehen, liegt in der Natur des Menschen. Vermenschlichte Roboter-Systeme gibt es jetzt schon. Es gibt beispielsweise einen Pflegeroboter, die Robbe „Paro“. Sie unterstützt die Pflege von Demenzkranken durch Kommunikation oder einfach nur durch Knuddeln. Liegen hier Herausforderungen oder Gefahren – oder sogar Chancen vor? Ich meine, alles trifft zu. Menschen haben Waffen erfunden, um zu jagen, also zur Nahrungsgewinnung. Diese Waffen wurden dann auch eine Gefahr. Alle Dinge, die Menschen erfinden, bergen sowohl Chancen, Herausforderungen als auch Gefahren. Deshalb ist es so wichtig, aktuelle Forschungen ethisch und sozialwissenschaftlich zu begleiten.
Eine Frage, die wahrscheinlich vielen unter den Nägeln brennt: Wann helfen Cobots im Haushalt bzw. wann nehmen sie uns die Haushaltsarbeit komplett ab?
Staubsauger helfen ja bereits. Cobots? Nun, hier wage ich keine Prognose. Produkte werden entwickelt, wenn es möglich ist, diese geeignet zu vermarkten. An dem Punkt sind wir noch lange nicht. Wenn Sie viel Geld haben, dann vielleicht in 20 Jahren? Ich bin selbst auf die Entwicklungen gespannt. Beim Bügeln würde ich mich freuen. Aber ich koche sehr gerne selbst, und vielleicht klingt es komisch: Die Zubereitung der Speisen und das „Schnibbeln“ machen doch auch Spaß, oder? Roboter sollen doch nur langweilige Aufgaben ersetzen.
Herr Hüsing, vielen Dank für das Gespräch!
Das Interview erschien zuerst in unserer Fachzeitschrift:
Herr Hüsing, vielen Dank für das Gespräch!
| Über das Institut für Getriebetechnik, Maschinendynamik und Robotik |
| Das Institut ist ein Universitätsinstitut der RWTH Aachen und beschäftigt sich aus Sicht des Maschinenbaus mit der Kinematik und Dynamik unterschiedlichster Bewegungssysteme und natürlich auch der Robotik. Hier bestehen breite und langjährige Erfahrungen in den Grundlagen, aber auch in industriellen Anwendungen der Robotik. Das Bundesministerium für Arbeit und Soziales unterstützt die Aktivitäten, z. B. im Projekt IIDEA – Inklusion und Integration durch Cobots auf dem ersten Arbeitsmarkt. Weitere Informationen unter: www.iidea.rwth-aachen.de/cms/~badhmp/iidea |
| Über Mathias Hüsing |
| Mathias Hüsing ist Professor und stellvertretender Leiter des Instituts für Getriebetechnik, Maschinendynamik und Robotik der RWTH Aachen University. Seine Expertisen liegen im Bereich der Kinematik und Dynamik von Maschinen und Robotern. Höchst motiviert setzt er sein Wissen und auch sein persönliches Engagement ein, um Menschen mit Behinderungen oder auch leistungsgeminderten Menschen mittels kollaborativer Robotik neue Möglichkeiten von inklusiven Arbeitsplätzen zu ermöglichen. |
Das Interview erschien zuerst in unserer Fachzeitschrift:
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