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Trends in der IT

Mobile Roboter – (Halb-) Autonome Systeme im Überblick

Dr. Nina Gaißert

Dr. Nina Gaißert30 Jahre alt, hat technische Biologie studiert, am Max Planck Institut

für Biologische Kybernetik promoviert und arbeitet seit kurzem bei Fes-
to im Bionic Learning Network im Bereich Corporate Bionic Research.
Sie begleitet die Bionik-Projekte wissenschaftlich und recherchiert die
zugrundeliegenden biologischen Phänomene und Zusammenhänge.

 

 

 

 

Festo AG & Co. KG

Festo ist ein weltweit führender Anbieter von Automatisierungstechnik für die Fabrik- und
Prozessautomation. Das global ausgerichtete, unabhängige Familienunternehmen mit Haupt-
sitz in Esslingen a. N. hat sich in über 50 Jahren durch Innovationen und Problemlösungs-
kompetenz rund um die Pneumatik sowie mit einem Angebot an industriellen Aus- und
Weiterbildungsprogrammen zum Leistungsführer seiner Branche entwickelt. Heute bietet das
Unternehmen pneumatische und elektrische Antriebstechnik für die Fabrik- und Prozessauto-
matisierung für über 300.000 Kunden in 200 Branchen weltweit. Im Bionic Learning Network
innerhalb von Festo setzt sich das Unternehmen zum Ziel durch die Anwendung der Bionik,
dem Übertrag biologischer Prinzipien auf die Technik, neuartige Technologieträger und Serien-
produkte hervorzubringen. Automatisierte Bewegungsabläufe sollen mit Erkenntnissen aus
der Bionik noch energieeffizienter und produktiver gestaltet werden, was der Industrie völlig
neuartige Lösungsansätze für die Praxis liefert.

 

Interview

Frau Gaißert, beginnen wir das Interview mit einer Kurzbeschreibung Ihres Aufgabengebiets.
Seit kurzem bin ich im Bionic Learning Network von Festo tätig. Das Bionic Learning
Network ist ein Verbund von Festo mit namhaften Hochschulen, Instituten und Ent-
wicklungsfirmen. Ein Schwerpunkt liegt im Bereich der biologisch inspirierten Roboter.
Hier lassen sich Ingenieure, Designer und Wissenschaftler von der Natur inspirieren,
um biologische Prinzipien in neue Impulse für Technik und industrielle Applikationen
umzuwandeln. Ziel des Bionic Learning Network ist es, durch Interdisziplinarität
neue Technologien und Erkenntnisse für unser Unternehmen zu erschließen.

Meine Aufgabe dabei ist, die biologischen Zusammenhänge zu recherchieren und zu
verstehen. Fundierte Kenntnisse der Biologie sind in meinem Job unerlässlich. Diese
biologischen Zusammenhänge muss ich dann unseren Ingenieuren vermitteln, da
unsere Projekte im Team entstehen.

 

Welche Besonderheiten beinhalten Ihr Beruf und Ihre tägliche Tätigkeiten?
Bionik ist ein sehr junges Feld und auch unser Team ist sehr jung. Alle haben
viele spannende Ideen und jeder bringt unterschiedliches Wissen mit. Das Team
besteht aus Biologen, Ingenieuren der Mechatronik oder auch Designspezialisten.

 

Welche Auswirkungen wird Ihre Tätigkeit in Zukunft für die Menschen haben?
In der Natur werden die meisten Mechanismen auf Energieeffizienz, Leichtbau,
Systemintegration und Flexibilität hin optimiert. Hier kann man viel von der Natur
lernen und technische Geräte intelligenter und besser machen. So kann Bionik, so wie
sie Festo betreibt, dazu beitragen, Produkte effizienter zu gestalten und ihren Ener-
gieverbrauch zu verringern oder sich an die Bedürfnisse des Menschen anzupassen.
Pinguine z. B. sind perfekt an die Lebensbedingungen im antarktischen Meer an-
gepasst und sind so energieeffizient, dass eine Magenfüllung eines Adelie-Pinguins
ausreicht, um 180 km zu schwimmen. Bionik wird weiterhin für Innovationen im Be-
reich der Automatisierungstechnik sorgen. Aber auch für humanoide Roboter kann
man noch viel vom menschlichen Vorbild lernen, denkt man z. B. daran, wie einfach
das menschliche Gehirn Gesichter und Objekte erkennt. Für Lauf- und Kletterroboter
sind z. B. Insekten ein lehrreiches Vorbild, können diese doch sowohl über Sand lau-
fen als auch an glatten Fensterscheiben hinaufklettern.

 

Welche Systeme entwickelt Festo innerhalb des Bionic Learning Networks?
Die Ingenieure des Bionic Learning Networks haben sich von Quallen inspirieren
lassen und einen Schwarm aus Roboterquallen, den autonomen AquaJellies ge-
baut. Sie sind künstliche autonome Quallen mit elektrischem Antrieb und einer
intelligenten, adaptiven Mechanik, die ein kollektives Verhalten ermöglicht. Indem
die einzelnen Quallen miteinander kommunizieren, schwimmen sie gleichmäßig
verteilt in einer Wassersäule ohne gegeneinander zu stoßen. Sie laden sich aufein-
ander abgestimmt an der Ladestation auf. Bei diesem Projekt haben die Ingenieure
des Bionic Learning Networks vor allem etwas über Schwarmverhalten gelernt, aber
auch über Energieeffizienz und generative Fertigungsmethoden.
Die AquaJellies agieren dank intelligenter Sensorik als selbststeuerndes Sys­
tem. Die mit kommunikativen Fähigkeiten ausgestatteten autonomen Quallen
demonstrieren innovative Entwicklungen in Systemfähigkeit, Energieeffizienz,
Kommunikation und Leichtbaustrukturen. Mittels einer Smartphone App kann der
aktuelle Zustand jeder einzelnen Qualle individuell aufgezeichnet und verfolgt
werden. Dank Echtzeitdiagnose ist unter anderem eine Parameterabfrage zum ak-
tuellen Batteriezustand möglich.

 

Warum liegt der Forschungsfokus auf der Natur?
Die Natur bietet einen reichen Schatz an intelligenten Lösungen für technische Pro-
bleme. Wie Bienen in einem Bienenstock autonom zusammenarbeiten, so werden
in Zukunft Maschinen autonom zusammen arbeiten. Dazu benötigt es Kommu-
nikation, Sensorik und vor allem lernende Systeme. Und dafür ist die Natur ein per-
fekter Lehrmeister.

 

Welche Meilensteine konnte die Forschung in den letzten Jahren in der Bionik erzielen?
Die Bionik ist sehr divers, reicht von Materialwissenschaften über Robotik, bis
zur Architektur. In jedem Bereich wurden schon spannende Entwicklungen gemacht,
wie z. B. klebende Materialien ohne Klebstoffe, vom Gecko inspiriert, fliegende
Roboter, die nur wenige Gramm wiegen und von Insekten inspiriert wurden, oder
adaptive Oberflächen, die ganze Gebäude überspannen. Auf lange Sicht wird sich
voraussichtlich die Energie- und Ressourceneffizienz positiv auswirken, die in allen

Lebewesen eine Rolle spielt. Für Festo liegt der Fokus vor allem auf der Kooperation
zwischen Mensch und Technik.

 

Wie können wir in Zukunft von autonomen Systemen profitieren?
Eine Vision ist, dass Maschinen die autonom in Zusammenarbeit eine Aufgabe er-
füllen, die Produktpalette jeder Firma flexibler machen, wodurch es möglich wird,
dass jeder Mensch sich seine eigenen Produkte einfach, schnell und individuell zu-
sammenstellen lassen kann.

 

Welche Durchbrüche und Überraschungen werden wir in Zukunft noch erleben?
Halbautonome Systeme sollen in Zukunft immer intuitiver und einfacher zu bedienen
sein. Somit sollte es auch für ältere Menschen einfacher werden, mit diesen Syste-
men zusammenzuarbeiten. Das wird vor allem im Alter das Leben erleichtern. Auch in
diesem Bereich forscht Festo an der Frage, wie ältere Menschen bei der Arbeit unter-
stützt werden können. So wurde mit der ExoHand eine Roboterhand mit einem hap-
tischen Force-Feedback-System entwickelt, die sowohl in der Automatisierungstechnik
die Arbeit erleichtern, als auch in der Rehabilitation eingesetzt werden kann, indem
die ExoHand die Bewegungen des Nutzers registrieren und verstärkt transferiert.

 

Wie wird die Kommunikation und Interaktion mit autonomen Systemen in Zukunft funktionieren?
Die Produktion der Zukunft müssen wir als ein sozioökonomisches System verste-
hen. Mensch und Technik wandern immer mehr zusammen. Die Technik wird intel-
ligenter, adaptiver und ist zunehmend in der Lage, sich auf veränderte Randbedin-
gungen und Eingriffe des Menschen jederzeit einzustellen. Wir werden nicht überall
vollautomatisierte Prozesse haben. Stattdessen werden sich veränderbare Prozes-
se durchsetzen, bei der der Mensch direkt mit der Technik kommuniziert, z. B. über
Joysticklösungen, über Sprache bis hin zur Steuerung von Teilabläufen per Gedanken.
Das heißt, die Technik muss den Menschen verstehen, der Mensch muss die Technik
verstehen und das auf eine intuitive Art und Weise.
Festo hat für den Bionischen Handling-Assistenten, einen pneumatischen
Greifarm, der einem Elefantenrüssel nachempfunden ist, eine Sprachsteuerung inte-
griert. Außerdem wurde auf der Hannover Messe 2012 das CogniGame vorgestellt,
ein Spiel, das mittels Gedanken gesteuert wird. Dies zeigt, dass Sprach- und Gedan-
kensteuerung zukünftig auch in der Automatisierungstechnik möglich ist und die
Interaktion zwischen Mensch und Maschine dadurch verbessert werden kann.