KI & Robotik – Maschine denkt mit und entscheidet.

Möglichkeiten, Trends und Grenzen der KI in der Robotik

Künstliche Intelligenz transformiert die Robotik: weg von starr programmierten, aufgabenspezifischen Anwendungen – hin zu lernfähigen, generalistischen Agenten, die in offenen, dynamischen Umgebungen agieren. Aufgaben, die ein Roboter vor wenigen Jahren nicht übernehmen konnte, werden heute automatisierbar.

Wie sich KI-Robotik sicher, vertrauenswürdig und wirksam anwenden lässt, darüber sprach Pascal Spano, Leiter Research von Metzler Capital Markets, mit Prof. Dr. Norbert Elkmann, Abteilungsleiter Robotersysteme des Fraunhofer-Instituts für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF.

Pascal Spano: Herr Professor Elkmann, wo stehen wir heute bei KI in der Robotik? Was ist in der Praxis angekommen und was noch Zukunftsmusik?

Prof. Dr. Norbert Elkmann: Wir erleben derzeit einen Paradigmenwechsel in der Robotik: Roboter entwickeln sich von programmierten Systemen für vorwiegend repetitive Aufgaben hin zu lernfähigen und adaptiven Systemen, die Wahrnehmung, Planung und Ausführung miteinander verbinden. In der Praxis angekommen sind vor allem KI-gestützte Wahrnehmungssysteme, etwa Kamerasysteme beim Griff in die Kiste oder zur Objekterkennung. Für uns als Robotiker ist natürlich das Feld der KI-gesteuerten Robotik interessant, also die autonome Planung und Ausführung von Roboteraktionen. Auf diese Weise können wir Prozesse, beispielsweise in der Montage und Demontage, beim Schweißen, beim Verpacken und Auspacken und vieles mehr automatisieren, die bisher nicht automatisierbar waren.

Es besteht jedoch eine Lücke zwischen dem, was in den Medien gezeigt wird, und dem, was in der Industrie schon zum Einsatz kommt: Herkömmliche Industrieroboter und Cobots verfügen noch nicht einmal über eine Schnittstelle für die direkte Ansteuerung der Roboterachsen durch einen KI-Agenten. Die völlig selbstständigen, mit menschenähnlichen Fähigkeiten ausgestatteten humanoiden Roboter, über die aktuell so viel berichtet wird, sind nach meiner Einschätzung ebenfalls noch Zukunftsmusik.

Elon Musk spricht davon, dass in Zukunft ein humanoider Roboter in jedem Haushalt zu finden sein wird. Wie stehen Sie zu solchen Überlegungen und welche Hürden gilt es zu überwinden?

Die Vision eines humanoiden Roboters mit menschenähnlichen Fähigkeiten in jedem Haushalt ist faszinierend. Doch niemand weiß, ob und wann dies möglich sein wird. Der Vorteil einer humanoiden Form liegt darin, dass unsere Welt für Menschen konzipiert wurde: Türen, Treppen, Werkzeuge, Küchen, Arbeitsplätze und Pflegeumgebungen folgen menschlichen Proportionen. Für den Einsatz von Robotern im Haushalt sind die Hürden aber besonders hoch. Haushalte sind offene, unstrukturierte und sehr variable Umgebungen. Dort muss ein Roboter nicht nur sehen und navigieren, sondern auch feinfühlig greifen, textile Gegenstände handhaben, mit Unsicherheit umgehen und in unmittelbarer Nähe zu Menschen zuverlässig und sicher agieren. Gerade Feinmotorik und Taktilität sind noch schwer zu meistern, etwa beim Greifen nachgiebiger Objekte oder beim Falten eines Stoffes.

Gerade die Feinmotorik zeigt also, wie anspruchsvoll vermeintlich einfache Alltagstätigkeiten für Roboter sind. Wo ist der Nutzen heute schon greifbarer, sprich in welchen Branchen sehen Sie aktuell den größten Mehrwert von KI-gestützter Robotik?

In der Industrie können in naher Zukunft vielfältige Prozesse, insbesondere solche mit hoher Varianz, die bisher nicht automatisierbar waren, durch KI-gestützte Robotik automatisiert werden. Das kann dem Fach- und Arbeitskräftemangel entgegenwirken und die Effizienz und Qualität in der Produktion steigern. Doch auch diese Anwendungen erfordern einen gewissen Engineeringaufwand beim Anlernen und Training. Der größte Mehrwert von KI-gestützter Robotik ist auf absehbare Zeit jedenfalls im industriellen Umfeld zu sehen.

Der industrielle Einsatz ist damit der naheliegende Ausgangspunkt – trotz des weiterhin nötigen Aufwands für Training und Integration. Sobald Mensch und Roboter enger zusammenarbeiten, rückt aber eine weitere Frage in den Mittelpunkt: Wie lässt sich KI-Robotik so gestalten, dass sie sicher, vertrauenswürdig und gesellschaftlich akzeptiert ist – gerade im Zusammenspiel von Mensch und Maschine?

Diese Frage steht oftmals in der Diskussion hintenan, ist für den praktischen Einsatz jedoch essenziell. Die zuvor geschilderten Fälle zum Thema KI-gesteuerte Robotik in der Montage und Demontage sind unkritisch, solange der Roboter seine Aufgabe selbstständig ausführt. Spannend wird es, wenn Roboter und Mensch nebeneinander arbeiten, gemeinsam Aufgaben erledigen oder sich ihre Wege kreuzen. Dann kommt das Thema Sicherheit ins Spiel – mit all den geltenden Regularien und Normen. In Deutschland gilt die Nullunfall-Strategie: Verletzungen oder Schlimmeres werden nicht akzeptiert und müssen durch entsprechende Sicherheitsmaßnahmen ausgeschlossen werden. In den USA und China gelten übrigens andere Vorgaben. Bisherige Sicherheitskonzepte beruhen auf deterministischem Verhalten des Roboters, das durch das Programm festgelegt ist. Sicherheitsrelevante Komponenten sind zweikanalig ausgeführt, um das entsprechend notwendige Sicherheitslevel zu erreichen. KI-basierte Robotik ist nicht deterministisch. Aufgrund des angelernten KI-Agenten kann der Mensch die Aktionen des Roboters nicht im Detail überprüfen. Hier gibt es einen grundlegenden Widerspruch zwischen dem Einsatz von KI und den aktuellen normativen Sicherheitsvorgaben. Neben den technischen Fragen rund um KI-gestützte Robotik und humanoide Roboter müssen auch hierfür Konzepte, Antworten sowie neue Regularien und Vorgaben vereinbart werden. Hinzu kommen Fragestellungen rund um den Datenschutz. Vertrauenswürdig und gesellschaftlich akzeptiert wird KI-gestützte Robotik – und vor allem humanoide Robotik – erst dann sein, wenn sie die bei uns geltenden Regularien bezüglich Sicherheit und Datenschutz erfüllt.

Haftungsfragen, Sicherheitsnormen und Regulierung begrenzen den Einsatzbereich von KI-Robotik: Wo wünschen Sie sich ein Umdenken oder neue rechtliche Rahmenbedingungen in Europa?

Geringere Sicherheitsanforderungen in Deutschland und Europa werden sich kaum durchsetzen lassen – und das ist auch gut so. Wir benötigen jedoch neue Methoden und eine Modernisierung der Nachweis- und Zulassungsverfahren. Sicherheitsnormen und Prüfverfahren müssen daher besser abbilden, wie lernende Systeme in variablen Umgebungen sicher bewertet werden können. Hier spielen voraussichtlich parallellaufende Simulationen zur Roboterbewegung eine wichtige Rolle. Wir nennen das automatisierte Freigabe. Dabei wird jede Roboterbewegung vor Ausführung auf Normenkonformität geprüft und die Geschwindigkeit gegebenenfalls angepasst. Diese Themen werden auch schon in den Normenausschüssen behandelt.

Das Thema der Haftung ist ebenfalls noch offen. Wer haftet, wenn ein KI-Roboter einen Fehler macht und jemand zu Schaden kommt? Hersteller, Anwender, Systemintegrator oder Softwareentwickler? Auch hier braucht Europa klare, praxistaugliche Rahmenbedingungen. Hinzu kommen Unterschiede bei der Anwendung von Normen im industriellen Umfeld, im öffentlichen Raum oder im privaten Bereich. Vor diesem Hintergrund ist der humanoide Roboter im Haushalt eine Zukunftsvision.

Es geht also nicht um niedrigere Sicherheitsstandards, sondern um Verfahren, die lernende Systeme realistisch prüfen können. Schauen wir auf die praktische Seite: Welche Beispiele aus Ihren Projekten zeigen besonders eindrucksvoll, wie KI-Robotik echten Nutzen stiftet?

Die humanoiden Roboter beeindrucken aktuell mit Saltos, Sprints und Tanzeinlagen. Aus technischer Sicht ist das beeindruckend, aber wo ist der praktische Nutzen? Ich sehe den Nutzen insbesondere darin, Prozesse, die vor wenigen Jahren ohne KI-Einsatz nicht automatisierbar waren, zu automatisieren und weg von der repetitiven Robotik zur flexiblen, adaptiven Robotik zu wechseln. Das betrifft die KI-gestützte Handlungsplanung und -ausführung vielfältiger Prozesse und die Interaktion bzw. Aufgabenübertragung beispielsweise per Sprache und Gesten sowie die Objekt- und Umgebungserkennung.

Wenn wir den Blick nach vorn richten: Welche technologischen Durchbrüche auf diesem Feld werden aus Ihrer Sicht die Wirtschaft und unseren Alltag in den nächsten zehn Jahren am stärksten prägen?

Zum einen werden spezifische Foundation Models in die Robotik einziehen und neue Anwendungsmöglichkeiten schaffen bei geringerem Inbetriebnahme- bzw. Anlern- und Adaptionsaufwand. Ein weiteres wichtiges Thema ist die Manipulationsfähigkeit beziehungsweise Fingerfertigkeit von Robotern. In diesem Bereich wird intensiv geforscht und es werden neue Hände und Technologien entwickelt. Doch hier hat der Mensch immense Vorteile. Wir Menschen ertasten Materialeigenschaften, können Objekte in der Hand umorientieren, können gemessen an der Handgröße sehr große Kräfte aufbringen und vieles mehr. Diese bei Robotern noch nicht vorhandenen Fingerfertigkeiten zeigen eine wesentliche Grenze bei vielen Anwendungen auf. Geschickte Zweihandmanipulation, Hand-Auge-Koordination und die Nutzung von Erfahrungswissen sind alles Bereiche, in denen der Mensch noch große Vorteile gegenüber Robotern aufweist. Aber der technische Fortschritt vollzieht sich rasant. Dennoch bezweifle ich, dass humanoide Roboter aus vorgenannten Gründen in zehn Jahren Standard im privaten Haushalt sein werden.

Vielen Dank für das Gespräch.