Mensch-Roboter-Kollaboration – Neue Perspektive der industriellen Robotik

Autor / Redakteur: An Jacobs / Andrea Gillhuber

In der zukünftigen Mensch-Roboter-Kollaboration gilt es noch viele Aspekte zu klären, zum Beispiel Sicherheitsanforderungen an die Roboter. Das Imec betrachtet dieses Thema der industriellen Robotik einmal aus einem anderen Blickwinkel.

Firmen zum Thema

Der Cobot „Walt“ kam im Zuge des Imec-Projekts Claxon bei Audi in Brüssel zum Einsatz.
Der Cobot „Walt“ kam im Zuge des Imec-Projekts Claxon bei Audi in Brüssel zum Einsatz.
(Bild: Imec)

Kürzlich hat das Imec die Ergebnisse des Projekts „Claxon“ bei Audi in Brüssel präsentiert. Claxon sollte untersuchen, wie menschliche Operatoren mit der neuesten Generation der industriellen Roboter kollaborieren können – in einer gemeinsamen Arbeitsumgebung, ohne die üblichen Sicherheitsgitter. Primär ging es dabei um eine Reihe von technischen Aspekten – etwa die Sicherheitsanforderungen, die Roboter erfüllen müssen, um mit menschlichen Arbeitern zu kooperieren, ohne dabei an Genauigkeit zu einzubüßen. Doch was dieses Projekt wirklich einmalig macht, ist seine Fokussierung auf die menschliche Seite des Themas industrielle Robotik: Wie weit wollen die Menschen von den Robotern unterstützt werden? Und was ist der beste Weg, diesen Ansatz weiterzuverfolgen?

Die Zukunft der Mensch-Roboter-Kollaboration in der industriellen Robotik

Als Forschungskoordinatorin von Claxon haben meine Kolleginnen aus dem Living Lab, Shirley Elprama und Charlotte Jewell (ebenfalls im Imec VUB tätig), und ich uns darüber in den letzten Monaten eingehend mit den Mitarbeitern bei Audi Brüssel unterhalten. In diesem Beitrag wird die Vision von An Jacobs über die Zukunft der industriellen Robotik vorgestellt – eine Zukunft, in der die Roboter vor allem dazu dienen, ihre menschlichen Kollegen zu unterstützen, statt sie zu ersetzen. Daneben die Frage angesprochen, wie wahrscheinlich es ist, dass unter unseren zukünftigen Arbeitskollegen humanoide Roboter sind.

Bildergalerie

Walt, der „Cobot“ bei Audi in Brüssel

Roboter werden seit den 70er-Jahren in allen Branchen der Schwerindustrie eingesetzt. Wir kennen alle die Bilder von äußerst leistungsfähigen Roboterarmen in der Automobilfertigung, wie sie von links nach rechts schwenken und scheinbar mühelos die schwersten Komponenten heben und bewegen. Genau wegen dieser Kraftausübung werden diese Roboter sorgfältig von den Menschen in ihrer Umgebung abgeschirmt.

Doch wie würden unsere Fabriken aussehen, wenn industrielle Roboter und menschliche Arbeitskräfte enger interagieren? Das wäre ein Szenario, in dem die Flexibilität und Problemlösungsfähigkeit menschlicher Arbeiter mit der Kraft und der Präzision der Roboter kombiniert ist. Genau das war die Problemstellung, die dem Imec-Projekt Claxon zu Grunde liegt.

An Jacobs umreißt diesen Ansatz wie folgt: „Um ein solches Szenario in die Realität umzusetzen, muss man von der neuesten Generation der industriellen Roboter Gebrauch machen. Sie gelten bereits als ‚kollaborative Roboter’ oder ‚Cobots’. Und sie sind nicht länger in einem Stahlkäfig eingesperrt. In den letzten zwei Jahren haben wir zusammen mit unseren Partnern im Claxon-Projekt die technischen Voraussetzungen untersucht, die ein Cobot erfüllen muss, um sicher mit Menschen zu interagieren – ohne Einbußen an seiner Genauigkeit.

Ein Beispiel: Indem wir die rotierenden Arme eines Cobots mit Federn ausrüsten, können wir verhindern, dass ein Cobot einen menschlichen Arbeitskollegen bei einem zufälligen Zusammenstoß verletzt. Diese Umrüstung beeinflusst allerdings den Grad der Genauigkeit des Cobots. Also haben wir eine neue Software entwickelt, die die Sicherheit des menschlichen Operators gewährleistet und dabei gleichzeitig die Genauigkeit der Cobots um 60 % erhöht. Die Kombination von Sicherheit und Genauigkeit ist aber nur einer der relevanten Aspekte im Claxon-Projekt. Die Erprobung neuer Arten des Wissenstranfers und neuer Modalitäten der Kommunikation zwischen Menschen und Cobots waren ebenfalls wichtige Zielsetzungen des Projekts.”

Dabei verweist An Jacobs auf die spezifische Claxon-Technologie, die es den Operatoren ermöglicht, den Cobots eine komplexe Aufgabe vorzuführen – und anschließend wird diese Aufgabe in flexibler Weise vom Cobot übernommen. Außerdem hat das Projekt auch den Einsatz der menschlichen Gestik bei der Kommunikation mit den Robotern untersucht.

Alle diese Vorgehensweisen wurden im Lauf des Projekts in einer Living-Lab-Forschungsumgebung eingehend getestet, wobei genuine Cobot-Prototypen zusammen mit menschlichen Operatoren in einer realitätsnahen Fertigungsumgebung involviert waren. Das Ergebnis spricht für sich: Mit „Walt“, einem voll funktionsfähigen Cobot, stand bei der Audi-Fertigung in Brüssel ein Roboter bereit, der effizient mit seinen menschlichen Arbeitskollegen kollaboriert und seine Instruktionen von ihnen per Gestensteuerung bezieht.

Industrie 4.0 – der soziale Aspekt

Die Frage ist nun, wie der Einsatz der Cobots innerhalb eines weiter entwickelten Konzepts von Industrie 4.0 unsere Arbeitswelt in sozialer Hinsicht umgestalten wird. Auch auf diese Frage haben die Forscher im Imec-VUB-Living-Lab nach entsprechenden Antworten gesucht. Dies geschah in einer kontinuierlichen Interaktion mit den Arbeitern bei Audi in Brüssel, unter genauer und wiederholter Beobachtung ihrer Erwartungen und Bedenken betreffend den Komplex der Robotik.

Bildergalerie

Der erste wichtige Aspekt, den man zur Kenntnis nehmen muss, ist die Tatsache, dass in den letzten 20 oder 30 Jahren die Einführung von Robotern in industriellen Umgebungen immer den Verlust von Arbeitsplätzen mit sich gebracht hat. Deshalb haben wir beim Start des Claxon Projekts die Operatoren bei Audi gefragt, wie sie generell über Roboter denken. Anfangs war ihre Antwort: Diese Roboter werden uns ersetzen. Dann änderte sich ihre Einstellung. Es war festzustellen, dass diese Befürchtungen allmählich verschwanden, als gemeinsam mit den Arbeitern untersucht wurde, wie die Maschinen sie bei ihrer Arbeit genuin unterstützen können. Einen solchen Ansatz mit der Betonung auf ‚workable work' – also auf Arbeitsgänge, die von den Arbeitern weiterhin ausführbar sind – hatten sie zuvor noch nicht kennen gelernt. Er zielt auf die Erleichterung der Arbeit für die Operatoren, nicht auf ihre Verdrängung. Damit wurde ihnen klar, dass ihre Ansichten und ihre Kreativität wirklich in Betracht gezogen wurden. Das machte einen großen Unterschied!

Das Claxon-Projekt bestätigt somit, dass die aktive Involvierung der Mitarbeiter und ihre Partizipation von ausschlaggebender Wichtigkeit sind, um die Widerstände gegen (technologische) Innovationen zu überwinden. Auf diese Weise wurden sie zu Befürwortern der Innovation und abschließenden Interviews zeigten, dass die in das Claxon-Projekt eingebundenen Mitarbeiter extrem stolz auf ihre Mitwirkung an dieser einmaligen Initiative waren.

Ein Humanoid als Kollege?

Eine der wichtigen Eigenschaften des Claxon-Cobots ist, das er mit einem Kopf ausgestattet ist und in einer „menschlichen“ Art und Weise mit den Operatoren kommuniziert – indem er sie beispielsweise morgens begrüßt und sie mit ihren Vornamen anredet. Dadurch wurde Walt zu einem Mitglied des Arbeitsteams.

Das ist eine wichtige Lektion auch für zukünftige Robotikprojekte. Man kann bezweifeln, ob die Ausstattung eines industriellen Cobots mit menschlichen Eigenschaften einen zusätzlichen Wert darstellt. Doch dieses Projekt hat uns gezeigt, dass dies einen definitiven Unterschied bedeutet.

Aber heißt das nun, dass wir in den nächsten Jahren eine explosive Vermehrung der humanoiden Roboter sehen werden, die uns als Arbeitskollegen zur Seite stehen?

Meinem Urteil nach sind die Chancen dafür immer noch eher bescheiden: Da haben wir noch einen langen Weg vor uns. Außerdem müssen wir uns fragen, ob wir dies wirklich und wahrhaftig wollen. Besonders in industriellen Umgebungen sollten wir die Roboter auch weiterhin als „Tools“ betrachten – auch wenn Claxon uns gezeigt hat, dass wir uns der Frage der menschlichen und robotischen Interaktion intensiv widmen müssen. Trotzdem, es besteht einfach keine definitive Notwendigkeit, menschliches Verhalten zu imitieren. Wenn man das versucht, bringt es nicht viel – nicht im Hinblick auf die Effizienz und auch nicht in Bezug auf die Qualität der Produktion und der Beschäftigung.

Und noch etwas ist zu bedenken: Der Schwerpunkt sollte zuallererst und hauptsächlich auf den funktionalen Aspekten liegen. Das lässt sich an einem Roboter verdeutlichen, der Brot schneiden soll. Natürlich könnte man dazu einen Roboter mit zwei perfekt ausgeformten menschlichen Händen entwickeln, der das Brot genauso schneidet, wie wir das tun. Doch – brauchen wir das wirklich? Die Kosten der Entwicklung eines solchen Roboters wären astronomisch. Ein Roboter wäre eventuell in der Lage, das Brot weitaus besser zu schneiden als wir, wenn wir ihm die Methode des Schneidens selbst überlassen würden.

Also sollten wir uns in diesem Zusammenhang ständig die folgende Fragen stellen: Welche Aufgaben sind ideal geeignet für einen Roboter? Und welche Aufgaben können besser von Menschen ausgeführt werden, also Aufgaben, die eine wirkliche Wertschöpfung bewirken? Das sind Aspekte, über die wir in den kommenden Jahren gründlich nachdenken müssen. Heute sind die Roboter oft simple ein- oder zweiarmige Gerätschaften, ohne höhere Fähigkeiten. Sie machen nur ihren vorbestimmten Job. Wenn man sie aus dieser Perspektive betrachtet, hat die Schaffung von humanoiden Robotern einfach keine Priorität.

Dieser Beitrag stammt von unserem Partnerportal Maschinenmarkt.de.

* An Jacobs arbeitet seit dem Jahr 2005 in der Forschungsgruppe SMIT VUB für das Interuniversity Microelectronics Centre, kurz: Imec, in 3001 Heverlee (Belgien), www.imec-int.com, Tel. (00/32-16) 28 12 11

(ID:45060333)