Robotik: Definition, Einsatzgebiete, Zukunft

Was ist Robotik?

Die Robotik befasst sich mit der Konstruktion, der Programmierung und dem vielseitigen Einsatz von autonomen oder ferngesteuerten Robotern in Bereichen wie Produktion, Gesundheitswesen, Forschung und Erkundung. Sie verbindet Mechanik, Elektronik, Informatik und andere Disziplinen, um innovative Technologien zu entwickeln. Roboter sind flexible technologische Systeme, die zur Unterstützung und Automatisierung menschlicher Arbeit in verschiedenen Bereichen und zum Einsatz in gefährlichen Umgebungen eingesetzt werden können. Die Robotik überwindet die Grenzen zwischen Mechanik, Elektronik, Informatik und künstlicher Intelligenz, um Innovationen zu fördern, Prozesse zu automatisieren und die Mensch-Maschine-Interaktion neu zu gestalten. Die Robotik steht in Wechselwirkung zur Biologie, Medizin, Physik, Psychologie und Soziologie, ermöglicht industrielle und ökologische Anwendungen durch Automatisierung und gestaltet Wissenschaft und Alltag nachhaltig.

Bedeutung von Robotern

Roboter spielen eine entscheidende Rolle bei der effizienten, präzisen und sicheren Ausführung von Aufgaben in Produktion, Forschung, Medizin und Exploration. Sie tragen dazu bei, eine Vielzahl von Herausforderungen zu bewältigen, wie z.B. den Mangel an Arbeitskräften, die Anforderungen an die Präzision in der Medizin, die Umweltüberwachung und die effiziente Produktion, und fördern technologische Innovationen, die die Lebensqualität verbessern und neue Horizonte eröffnen. Ziel der Robotik ist die Entwicklung vielseitiger technologischer Systeme, die in der Lage sind, Aufgaben in verschiedenen Bereichen autonom oder ferngesteuert auszuführen. Dazu gehören die Automatisierung von Prozessen, die Unterstützung in der Industrie, die Erkundung gefährlicher Umgebungen, medizinische Anwendungen sowie die Erforschung und Gestaltung der Interaktion zwischen Mensch und Maschine im Hinblick auf Fortschritt und Effizienz. Der allgemeine Nutzen der Robotik besteht in der Möglichkeit der Automatisierung, der Präzisierung und der Effizienzsteigerung, was zu Innovation und Wachstum in zahlreichen Branchen führt. Technologische Fortschritte treiben die Robotik voran und ermöglichen die Entwicklung leistungsfähigerer und erschwinglicherer Roboter. Die steigende Nachfrage nach Automatisierung, künstlicher Intelligenz und Exploration ist die treibende Kraft hinter der Entwicklung und der Förderung interdisziplinärer Zusammenarbeit für bahnbrechende Innovationen.

Teilbereiche von Robotik

Robotik ist ein Fachgebiet, welches sich aus mehreren Teilgebieten zusammensetzt:

Mechanik: Der Entwurf und die Konstruktion der physischen Strukturen des Roboters, der Bewegungsfähigkeit, der Kinematik und der Dynamik.
Elektronik: Elektronische Komponenten wie Sensoren, Aktoren, Steuerungen und Leiterplatten entwickeln und herstellen.
Informatik und KI: Roboterprogrammierung, Implementierung von Entscheidungsalgorithmen, Mustererkennung und Lernen.
Steuerungs- und Regelungstechnik: Steuerung der Bewegungen und Verhalten von Robotern, um gewünschte Aktionen präzise ausführen zu können.
Wahrnehmung und Sensorik: Einsatz von Sensoren wie Kameras, Lidar und Ultraschall, um die Umgebung wahrzunehmen und mit ihr zu interagieren.
Kommunikation: Schnittstellen für die Mensch-Maschine-Kommunikation entwickeln und Roboter vernetzen.
Automatisierung: Einsatz von Robotern zur Automatisierung von Prozessen sowohl in der Industrie als auch im Alltag.
Bioinspirierte Robotik: Roboter entwickeln, die biologische Prinzipien nachahmen, um natürliche Fähigkeiten zu imitieren.
Medizinische Robotik: Einsatz von Robotern in der Medizin für Diagnose, Chirurgie und Rehabilitation einsetzen.
Soziale Robotik: Erforschung von Robotern, die in sozialer Interaktion mit Menschen agieren, z.B. zur Unterstützung älterer Menschen.

Diese Teilbereiche arbeiten zusammen, um vielseitig einsetzbare Roboter zu entwickeln, die Aufgaben autonom oder gesteuert ausführen und zahlreiche Anwendungsbereiche abdecken.

Arten, Anwendungs- und Einsatzgebiete von Robotern

So vielfältig die Robotertypen sind, so breit gefächert sind auch ihre Einsatzmöglichkeiten: Sie werden in zahlreichen Branchen und Unternehmen eingesetzt und bieten innovative Lösungen für die unterschiedlichsten Aufgaben. Im Folgenden werden einige dieser Anwendungsbereiche vorgestellt:

Industrieroboter

Funktionen/Zwecke: Produktionsautomatisierung, Montage, Schweißen, Lackieren, Verpacken.
Branchen/Unternehmen: Automobilindustrie (z.B. Tesla), Elektronikfertigung (z.B. Samsung), Lebensmittelverarbeitung (z.B. Nestlé).

Medizinische Roboter

Funktionen/Zwecke: Chirurgie, Mikrochirurgie, Rehabilitation, Verabreichung von Medikamenten.
Branchen/Unternehmen: Krankenhäuser (z.B. da Vinci Surgical System), medizinische Forschungseinrichtungen.

Service- und Assistenzroboter

Funktionen/Zwecke: Unterstützung in Pflegeheimen, bei der Hausarbeit, beim Einkaufen, für Menschen mit eingeschränkter Mobilität.
Branchen/Unternehmen: Altenpflegeeinrichtungen (z.B. Pepper), Smart-Home-Technologie-Unternehmen (z.B. iRobot Corporation).

Agrarroboter

Funktionen/Zwecke: Ernte, Unkrautbekämpfung, Pflanzen, Düngen.
Branchen/Unternehmen: Landwirtschaftsbetriebe (z B. Fendt MARS), Agrartechnik-Unternehmen (z.B. Blue River Technology).

Logistik- und Lagerroboter

Funktionen/Zwecke: Warentransport, Lagerverwaltung, Bestandsaufnahme.
Branchen/Unternehmen: E-Commerce-Unternehmen (z.B. Amazon), Lagerbetriebe (z.B. Fetch Robotics).

Bergbau- und Bauroboter

Funktionen/Zwecke: Erkundung gefährlicher Umgebungen, Tunnelbau, Rohstoffgewinnung.
Branchen/Unternehmen: Bergbauunternehmen (z.B. Rio Tinto), Bauunternehmen (z.B. Construction Robotics).

Unterwasserroboter

Funktionen/Zwecke: Meeresforschung, Inspektion von Unterwasserstrukturen, Überwachung der Umwelt.
Branchen/Unternehmen: Forschungseinrichtungen (z.B. Massachusetts Institute of Technology (MIT)), Öl- und Gasindustrie (z.B. Oceaneering International).

Luft- und Weltraum-Roboter

Funktionen/Zwecke: Planetenerkundung, Satellitenwartung, Luftraumüberwachung.
Branchen/Firmen: Raumfahrtagenturen (z.B. NASA, ESA), Fluggesellschaften (z.B. QANTAS Airways).

Unterhaltungsroboter

Funktionen/Zwecke: Spielzeug, emotionale Interaktion, künstlerische Darbietung.
Branchen/Unternehmen: Spielzeughersteller (z.B. Anki Cozmo), Unterhaltungsindustrie (z.B. Audio-Animatronics).

Vorteile und Herausforderungen von Robotik

Während die Robotik viele Vorteile bietet, müssen auch die Herausforderungen berücksichtigt werden, um die Integration und den Einsatz von Robotern zu optimieren.

Vorteile der Robotik und der Roboter

So können folgende Vorteile der Robotik und der Roboter benannt werden:

Effizienz: Roboter sind in der Lage, Aufgaben schneller und kontinuierlicher auszuführen, was zu einer Steigerung der Produktionsgeschwindigkeit und -qualität führt.
Präzision: Roboter sind in der Lage, sehr präzise und wiederholbar zu arbeiten, was zu konsistenteren Ergebnissen führt.
Sicherheit: Roboter sind in der Lage, gefährliche oder risikoreiche Aufgaben in gefährlichen Umgebungen auszuführen, wodurch Menschen geschützt werden.
Kosteneinsparungen: Der Einsatz von Robotern reduziert die Kosten für manuelle Arbeit und gleicht Wartungskosten durch höhere Effizienz aus.
Arbeitsentlastung: Roboter übernehmen repetitive, ermüdende oder monotone Aufgaben, wodurch Menschen komplexere Aufgaben übernehmen können.

Nachteile und Herausforderungen der Robotik

Es gibt aber auch eine Reihe von Nachteilen bei der Umsetzung der Robotik.

Verlust von Arbeitsplätzen: Vor allem in manuellen Produktionsbereichen kann die Automatisierung zum Verlust von Arbeitsplätzen führen.
Kosten und Komplexität: Die Anschaffung und Wartung von Robotern kann mit hohen Kosten verbunden sein und für ihren Einsatz ist spezielles Fachwissen erforderlich.
Mensch-Roboter-Interaktion: Die Gestaltung sicherer und effektiver Mensch-Roboter-Interaktionen erfordert technische und ethische Überlegungen.
Technologieabhängigkeit: Eine zu starke Konzentration auf die Robotik könnte zu einer Technologieabhängigkeit führen und die menschlichen Fähigkeiten beeinträchtigen.
Qualifikationslücke: Es könnte eine Diskrepanz zwischen den Fähigkeiten der Arbeitskräfte und den Anforderungen der robotergestützten Industrie entstehen.

Anwendungsgebiete von Robotik

Die Robotik spielt eine Schlüsselrolle bei der Transformation von Industrien und dem Fortschritt der Gesellschaft. Die Auswirkungen sind vielfältig und weitreichend, weswegen im Folgenden eine Auswahl genannt wird.

Zukunft der Roboter: Trends in der Robotik

Derzeit sind folgende Trends in der Robotik auszumachen:

Kollaborative Roboter (Cobots): Roboter, die sicher neben dem Menschen arbeiten und mit ihm kooperieren können, um eine flexible und effiziente Zusammenarbeit zu ermöglichen.
Künstliche Intelligenz (KI): Die Bewältigung komplexer Aufgaben und das Lernen durch Fortschritte in der KI.
Autonome Fahrzeuge und Drohnen: Anwendungen für die autonome Lieferung, die Erkundung und den autonomen Transport.
Medizinische Robotik: Weiterentwicklung für die Chirurgie, die Rehabilitation und die Telemedizin.

Einfluss der Robotik auf Wirtschaft und Gesellschaft

Der Einsatz von Robotern verändert die Gesellschaft und die Arbeitswelt wie folgt:

Arbeitsplatzveränderung: Roboter übernehmen manuelle Tätigkeiten, wodurch neue Berufe geschaffen werden.
Produktivitätssteigerung: Die Automatisierung steigert die Produktivität und fördert das Wirtschaftswachstum.
Innovation und Wettbewerbsfähigkeit: Stärkung der globalen Wettbewerbsfähigkeit durch Effizienz und Innovation.
Gesundheit und Pflege: Unterstützung bei der Pflege und präzisere medizinische Eingriffe werden möglich.
Ethik und Regulierung: Ethische Fragen und der Schutz der Privatsphäre müssen gesellschaftlich gelöst werden.

Umsetzung durch das IPH

Die Rolle eines externen Dienstleisters oder Beraters bei der Einführung von Robotik kann für den Erfolg der Einführung von Robotik entscheidend sein:

Dienstleistungen: Dazu gehören die Analyse der betrieblichen Anforderungen, die strategische Planung, die Auswahl der geeigneten Technologie, die konzeptionelle Implementierung von Robotern in bestehende Prozesse, die Schulung der Mitarbeiter und die Unterstützung beim Change Management.
Kompetenzen: Fachwissen in den Bereichen Robotik, Automatisierung und Geschäftsprozesse sowie Erfahrung in der Umsetzung von Projekten sind dabei entscheidend.
Methoden: Die Integration wird durch Pilotprojekte zur Machbarkeitsprüfung, Prozessoptimierung, Mitarbeiterschulung und gezieltes Change Management erleichtert und optimiert.

Ein externer Dienstleister bzw. Berater bietet das notwendige Know-how und die Erfahrung, um Unternehmen bei der gezielten Integration von Robotik zu unterstützen. Wenn Sie mehr über Robotik erfahren oder Beratung erhalten möchten, kontaktieren Sie gerne die Ansprechpartnerin Frau Dr.-Ing. Maren Müller unter mueller@iph-hannover.de oder +49 (0)511 279 76-443.

Robotik im Überblick