Humanoider Roboter
Ein humanoider Roboter ist ein Roboter, dessen Konstruktion der menschlichen Gestalt nachempfunden ist. Häufig sind die Positionen der Gelenke und die Bewegungsabläufe eines humanoiden Roboters von den menschlichen Gelenkpositionen und Bewegungsabläufen inspiriert.<ref>Konrad Fründ, Anton Leonhard Shu, Florian Christoph Loeffl, Christian Ott: A Guideline for Humanoid Leg Design with Oblique Axes for Bipedal Locomotion. IEEE, 2022, ISBN 979-83-5030979-9, S. 60–66, doi:10.1109/Humanoids53995.2022.10000126.</ref> Unter anderem läuft ein humanoider Roboter meistens auf zwei Beinen. Eine dem Menschen in seinem Aussehen und Verhalten besonders ähnliche Form des humanoiden Roboters ist der Androide.
Der Begriff „Humanoid“ kann grundsätzlich auf alles angewendet werden, was einem Menschen ähnelt, aber keiner ist. Solange ein Kopf, ein Torso, zwei Arme und zwei Beine sowie ein aufrechter Gang im Umfang enthalten sind, ist die Bezeichnung Humanoid zutreffend.<ref>Androiden, Cyborgs, Humanoiden - alles Roboter? Automat, abgerufen am 2. Juni 2021.</ref>
Geschichte
Die Idee des Baus eines künstlichen Menschen ist alt. Die griechische Mythologie berichtet, dass der Schmiedegott Hephaistos u. a. menschenähnliche Maschinenwesen gebaut habe. 1495 skizziert Leonardo da Vinci einen simplen Automaten, der wie ein Soldat in Rüstung aussieht. 1738 baut Jacques de Vaucanson einen mechanischen Flötenspieler. Bis zu diesem Zeitpunkt bezeichnet man solche mechanischen, menschenähnlichen Maschinen als Automaten.
Den Begriff Roboter prägte 1921 Karel Čapek, ein tschechischer Schriftsteller, in seinem Theaterstück R.U.R. (Rossum’s Universal Robots), das über künstliche Menschen handelt. Abgeleitet ist der Begriff Roboter dabei vom slawischen Wort rabota, das Arbeit bedeutet. 1927 schuf Fritz Lang in seinem Film Metropolis einen Maschinenmenschen mit weiblichem Aussehen, der im Verlauf des Films die Gestalt eines täuschend menschenähnlichen Androiden verliehen bekam.
Eine prototypische Realisierung, den humanoiden Roboter Elektro, stellte 1939 die Firma Westinghouse auf der Weltausstellung in New York vor.
1962 konstruierte der Wiener Claus Scholz einen humanoiden Roboter, den MM 7, der bereits sehr komplexe Bewegungsabläufe umsetzen konnte (Türen öffnen, Boden fegen oder Getränke aus einer Flasche in ein Glas einschenken). Er arbeitete allerdings nicht völlig autonom, sondern war sowohl für Stromversorgung als auch für Steuerbefehle von einer externen Einheit abhängig, mit der er über Kabel verbunden war. Der MM 7 ist erhalten und im Technischen Museum Wien untergebracht. Eines der größten Probleme, mit denen Scholz zu kämpfen hatte, war die Fortbewegung, die bei MM 7 und dessen Nachfolgemodell MM 9 nicht befriedigend gelöst werden konnte. Hier einen erfolgversprechenden Ansatz zu finden, war der nächsten Forschergeneration vorbehalten.
1970 schlug Miomir Vukobratović das Zero-Moment-Point-Prinzip vor. Mit Hilfe dieses Prinzips konnten die Bedingungen für statisch stabiles Laufen erfüllt werden. 1973 baute die Waseda-Universität den Wabot-1 und begann ein langjähriges Forschungsprogramm. 1980 wurde das MIT Leglab gegründet. 1984 spielte der Wabot-2 auf einer elektrischen Orgel. Seit 1986 arbeitete Honda an der E-Serie, aus der später die P-Serie und ASIMO hervorging. Parallel dazu werden seit circa 1990 passiv dynamische Läufer entwickelt, bei denen ein neuerer Ansatz für das Laufen verwendet wurde. Seit ca. 2004 laufen, gehen und rennen Roboter schneller und flexibler.
Forschung und Entwicklung
Der Entwicklung humanoider Roboter liegen zwei Hauptmotive zugrunde:
Künstliche Intelligenz
Heute gehen viele Wissenschaftler davon aus, dass die Konstruktion eines funktionellen humanoiden Roboters die Grundlage für die Erschaffung einer menschenähnlichen künstlichen Intelligenz (KI) ist. Nach dieser Auffassung kann KI nicht einfach programmiert werden, sondern resultiert aus einem Lernprozess. Also müsste ein selbstlernender Algorithmus in das Gerät implementiert werden. Diesem Standpunkt liegen Beobachtungen aus der Lernpsychologie zugrunde. Der Roboter mit KI soll aktiv am sozialen Leben des Menschen teilnehmen und durch Beobachtung, Interaktion und Kommunikation lernen. Grundlage der Kommunikation ist eine zugrundeliegende Motivation auf beiden Seiten, die zumindest anfänglich der in der Eltern-Kind-Beziehung ähnelt. Die KI des Roboters kann sich nur dann optimal entwickeln, wenn er bereits in seinem Mindestfunktionsumfang als gleichwertiges Wesen anerkannt wird. Dazu muss er über eine menschliche Gestalt, Mobilität und Sensorik verfügen. Das derzeitige Ziel ist demnach eine möglichst hochwertige technische Kopie menschlicher Physiologie. Diese besondere technologische Herausforderung führt dazu, dass es für komplexe Teilaspekte separate Forschungsgruppen gibt, die einander zuarbeiten. Beispiele sind am Massachusetts Institute of Technology das Leg Laboratory, das Humanoider-Roboter-Projekt COG und das KI-Projekt Kismet. Skriptfehler: Ein solches Modul „Vorlage:Siehe auch“ ist nicht vorhanden.
Multifunktionale Arbeitsmaschine („Allzweckroboter“)
Kostenintensive kommerzielle oder staatliche geförderte Humanoide-Roboter-Projekte beweisen eine hohe Erwartungshaltung an die zukünftige Wirtschaftlichkeit solcher Systeme. Der Lebensraum des Menschen (Gebäude, Verkehrsmittel, Werkzeuge oder Geräte) ist aus Kostengründen ökonomisch ausgerichtet und orientiert sich besonders an der menschlichen Physiologie.
Eine in Serie gefertigte Anzahl lernfähiger multifunktionaler humanoider Roboter erübrigt die Produktion, den Vertrieb und die Unterhaltung vieler Spezialroboter. Besonders Tätigkeiten, die aus mehreren komplizierten Arbeitsgängen bestehen, ließen sich einfach erledigen. Dem Menschen soll ein multifunktionaler Helfer zur Seite stehen, der ihm in seinem Umfeld Arbeit oder Zeit erspart oder für Unterhaltung sorgt. Japan hat ebenso wie Deutschland eine starke Alterung der Bevölkerung. Man hofft, durch den konsequenten Einsatz von diesen Alleskönnern Senioren im Alltag zu unterstützen oder Pflegepersonal zu entlasten. Um die Akzeptanz von Robotern in der Gesellschaft zu steigern, forscht das Socially Intelligent Machines Lab des Georgia Institute of Technology an den sozialen Kompetenzen von humanoiden Robotern.<ref>Socially Intelligent Machines Lab</ref>
Aktueller Entwicklungsstand
Bisher hat kaum eine Entwicklung Marktreife erreicht, es handelt sich eher um Studien und Mittel des Marketings. Zu den aktuellen Fähigkeiten gehören unter anderem:
- gehen, rennen<ref>Asimo rennend auf YouTube</ref>, auf einem Bein hüpfen, tanzen<ref>Roboter tanzend auf YouTube</ref>, bewegte Hindernisse umlaufen<ref>Roboter umläuft bewegte Hindernisse auf YouTube</ref>, Treppen steigen<ref>DARPA Robot Masters Stairs auf YouTube</ref>, in unwegsamem Gelände laufen, Tür öffnen, heftige Stösse von außen ausbalancieren, nach Hinfallen wieder aufstehen<ref name="Atlas-Video">Atlas, The Next Generation auf YouTube</ref>
- Tablettwagen schieben, Tablett entgegennehmen, transportieren, übergeben, servieren<ref>new version amazing robot asimo auf YouTube</ref>
- Gebärdensprache<ref>All-New ASIMO Humanoid Robot – Sign Language auf YouTube</ref>
- Trompete spielen<ref>Roboter spielt Trompete auf YouTube</ref>, Geige spielen<ref>Robot Violinist auf YouTube</ref>, in Band Musik spielen<ref>Roboter Musik Quartett auf YouTube</ref>
- Rad fahren<ref>Roboter fährt Rad auf YouTube</ref><ref>cnet.com vom 11. Januar 2011, MuRata Boy and Girl robots unicycle their way into our hearts. Slowly., abgerufen am 13. November 2022.</ref>, Ball fangen und werfen<ref>Playing Catch and Juggling with a Humanoid Robot auf YouTube</ref><ref name="motor1-024904">Stefan Leichsenring: Toyotas Basketball-Roboter CUE4 bewegt sich phänomenal. In: de.motor1.com. 5. März 2020, abgerufen am 13. November 2022.</ref>
- Getränke einschenken<ref>Honda’s All-new ASIMO Prepares and Serves Refreshments auf YouTube</ref>, Spülmaschine ein- und ausräumen<ref>siehe Armar 3</ref>, Tätigkeiten im Haushalt wie z. B. Kochen<ref>Roboter für den Haushalt</ref>, Fenster wischen und den Boden kehren<ref>Roboter kehrt den Boden und wischt Fensterscheibe auf YouTube</ref>, Lasten tragen, Kisten aufheben und einräumen<ref name="Atlas-Video" />
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Kommerzielle Projekte humanoider Roboter
- ASIMO (Honda) – in Vermietung 2000–2022
- Atlas von Boston Dynamics<ref>Atlas, The Next Generation</ref>
- HOAP-1 und -2 (Fujitsu)<ref><templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />Humanoid Robot HOAP-1 ( vom 21. Dezember 2007 im Internet Archive) und <templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />HOAP-2 ( vom 11. September 2007 im Internet Archive) (englisch) – eine humanoide Roboter-Serie von Fujitsu</ref> – eine humanoide Roboter-Serie, welche auch kommerziell zu Forschungszwecken vertrieben wird, etwa 2007
- Toyota-Roboter (Toyota) – Unterhaltungsroboter 2007,<ref>Blechkameraden: Toyotas Fiedel-Robbi. In: Spiegel Online. 7. Dezember 2007, abgerufen am 13. November 2022.</ref> Weiterentwicklung T-HR3 2017,<ref>Jcn Newswire: Warum entwickelt Toyota humanoide Roboter? In: finanznachrichten.de. 13. Dezember 2019, abgerufen am 13. November 2022.</ref> CUE3 spielt Basketball (2020 Freiwürfe), CUE4 im Jahr 2020<ref name="motor1-024904" />
- Qrio (Sony) – Weiterentwicklung im März 2006 eingestellt
- Wakamaru (Mitsubishi) – im Verkauf
- Ri-Man, Japan 2006
- REEM A-C von Pal Technology ab 2006
- Pepper im Verkauf 2015–2021
- Sophia von Hanson Robotics im Jahr 2016
- PETMAN von Boston Dynamics<ref><templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />bostondynamics.com ( des Vorlage:IconExternal vom 20. September 2012 im Internet Archive) Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.</ref> Prototyp eines Humanoiden Roboters, eingesetzt beim Testen von Schutzanzügen des US-amerikanischen Militärs
- Nao von Aldebaran Robotics etwa 2013
- Alpha 1S von UBTECH
- Tesla Bot: zwei Prototypen 2022
- pib, der printable intelligent bot, seit 2022
- Figure von Figure AI, Prototyp 2022, erster kommerzieller Verkauf 2025 (Modell Figure 02)<ref>heise online: Figure AI verkauft seine ersten humanoiden Roboter. 2. Januar 2025, abgerufen am 6. Januar 2026.</ref>
Projekte humanoider Roboter in der KI-Forschung
- Cronos, Labor für künstliche Intelligenz Universität Zürich im Rahmen des ECCE-Robot Projekt der EU
- RobotCub, italienisch/britisches universitäres Konsortium
- COG, Kismet, Massachusetts Institute of Technology
- ERATO Synergistic Robotics, Universität Osaka
- HUBO Labs am KAIST in Südkorea bauen und forschen an lebensgroßen humanoiden Robotern
In Deutschland forschen unter anderem folgende – meist universitäre – Einrichtungen mit humanoiden Robotern:
- Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn (NimbRo)
- Freie Universität Berlin (FUmanoids)
- Berliner Hochschule für Technik (BHT) (Forschungslabor Neurorobotik, Roboter Myon)
- Technische Universität Berlin (DAI Labor)
- Technische Universität Darmstadt (Darmstadt Dribblers)
- Universität Bremen (B-Human)
- HTWK Leipzig (HTWK Robots)
- Technische Universität Dortmund (DoH!Bots)
- Universität der Bundeswehr München (HERMES)
- Karlsruher Institut für Technologie (ARMAR III)
- Technische Universität München (Johnnie, Lola)
- Institut für Robotik und Mechatronik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (Rollin' Justin<ref>Mobile Humanoid „Rollin' Justin“ auf der DLR-Website des Instituts für Robotik und Mechatronik</ref>, TORO<ref>TORO auf der DLR-Website des Instituts für Robotik und Mechatronik</ref>)
Studiengänge
Die Berliner Hochschule für Technik (BHT) bietet den bisher bundesweit einzigen Studiengang zu humanoider Robotik an.<ref>Katharina Juschkat: Studium. Erstmals „Humanoide Robotik“ als Studiengang angeboten. In: Elektrotechnik Automatisierung. Vogel Communications Group GmbH & Co. KG, Ines Stolz, 13. April 2018, abgerufen am 29. Oktober 2019.</ref><ref>Nadine Emmerich: Studiengang Humanoide Robotik. Roboter studieren. In: ZDF.de. Zweites Deutsches Fernsehen (ZDF), 18. August 2018, archiviert vom Vorlage:IconExternal am 29. Oktober 2019.</ref> Daneben lässt sich das Thema in übergeordneten Studiengängen wie der Robotik, Automation und Regelungstechnik verschiedener Einrichtungen vertiefen. Im internationalen Kontext bietet beispielsweise das einen Imperial College London einen entsprechenden Master-Studiengang an.<ref>MSc Human and Biological Robotics. In: Imperial College London. Department of Bioengineering. Abgerufen am 29. Oktober 2019 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref>
Siehe auch
Weblinks
- Boris Hänßler: Die Humanoiden kommen. In: Spektrum der Wissenschaft, 11. Oktober 2013.
Einzelnachweise
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