Wichtige Einsatzgebiete der Robotik

Roboter sind allgegenwärtig. Nur wenige sind dem Menschen ähnlich, viele andere hingegen sehen ganz anders aus als das, was man sich unter einem Roboter vorstellt. Man trifft teils täglich auf Roboter und bemerkt es nicht einmal. In diesem Abschnitt stellen wir mehrere Bereiche vor, in denen Roboter großen Nutzen bringen. Roboter werden in vielen weiteren Bereichen eingesetzt, doch die folgenden Beispiele sollten genügen, um die Fähigkeiten und Möglichkeiten von Robotern zu verstehen.

Persönliche Roboter und Haushaltsroboter

Die Vision der 80er-Jahre ist heute Realität: Wir haben Haushaltsroboter wie Saug-, Wisch-, Fenster-, Pool- und Mähroboter. Diese Roboter wurden geschaffen, um uns Haushaltsarbeiten abzunehmen und damit das Leben einfacher zu machen. Manche humanoiden Roboter gehören ebenfalls in diese Kategorie, sofern sie nicht nur der Unterhaltung dienen, sondern auch im Haushalt helfen. Beispiele für Haushaltsroboter sind:

Ubtech Lynx

Einer der bekanntesten humanoiden Roboter ist Ubtech Lynx mit Alexa. Alexa ist der virtuelle Sprachassistent von Amazon, dank dem man intelligente Geräte in natürlicher Sprache steuern kann. Auch Small Talk und Gespräche über das Wetter, Nachrichten oder Rezepte sind möglich. Ubtech Lynx ist ein humanoider Roboter mit eingebauter Sprachassistentin. Der Roboter ist in der Lage, Gesichter erkennen zu und Menschen beim Namen zu nennen. Er kann auch Anweisungen für Yoga und andere Sportarten geben. Genauso kann er den Kalender verwalten und an wichtige Emails oder Meetings erinnern.

Poolroboter

Wer einen Pool hat, weiß, dass die Reinigung viel Zeit in Anspruch nimmt, da der Pool üblicherweise im Freien liegt und der Witterung ausgesetzt ist. Es ist zwar günstiger, das Schwimmbecken von Hand (z. B. mit einer Bürste) zu reinigen, doch ein Poolroboter spart Zeit und Energie. Der Poolroboter taucht unter Wasser und kann dank seiner Rollen an Boden und Wänden des Pools entlangfahren, und dabei mithilfe von Sensoren und Bürsten den gesamten Pool reinigen.

Beispiel

Saugroboter

Staubsauger-Roboter verfügen über Sensoren, Laser, Internetverbindung und einen eingebauten Computer. Moderne Saugroboter funktionieren eigenständig, sodass sie kaum menschliches Eingreifen oder Anweisungen zur Reinigung des Hauses benötigen. Sie können sich selbst aufladen, wenn die Batterie fast leer ist. Intelligente Saugroboter erkunden das Haus zuerst und erstellen in ihrem eingebauten Computer einen Grundriss. Dieser dient als Grundlage für die Reinigung des Hauses. Im Vergleich zu klassischen Staubsaugern bieten Saugroboter mehrere Vorteile: Sie funktionieren eigenständig, können unter Möbel fahren, benötigen weniger Stauraum und stehen für einen trendigen, smarten Lifestyle. Ein Saugroboter kostet heutzutage fast gleich viel wie ein Staubsauger der mittleren Preisklasse (ab ca. 200 Euro).

Soziale Roboter

Soziale Roboter sind dazu da, mit Menschen zu kommunizieren und sie zu unterhalten. Ihr Aussehen ist teilweise oder vollkommen menschenähnlich, meist handelt es sich also um humanoide Roboter. Einfache soziale Roboter haben einen Bildschirm mit Augen und Mund, der ein menschliches Gesicht nachbildet. Fortschrittlichere Modelle haben menschenähnliche Körper, Verhaltens- und Ausdrucksweisen. Bis zu einem gewissen Grad können humanoide Roboter zudem das menschliche Sozialverhalten erkennen und analysieren, indem sie Computer Vision, Spracherkennung und -synthese sowie Techniken zur Verarbeitung natürlicher Sprache (NLP) nutzen. Manche sozialen Roboter haben eine elastische Oberfläche, die der menschlichen Haut ähnelt, andere eine Plastikhülle. Darunter stecken viele Komponenten, z. B. die erwähnten Stellmotoren, die den Roboter bewegen.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle sozialen Roboter, selbst jene mit perfekt menschenähnlichem Aussehen und Verhalten, immer noch Lichtjahre von Artificial General Intelligence (AGI) entfernt sind. AGI steht für eine Maschine mit komplexen, fortschrittlichen Algorithmen, die in der Lage ist:

• mit menschenähnlicher Intelligenz zu handeln,

• Entscheidungen basierend auf ihrer Umgebung zu treffen

• und sich an Änderungen in der Umgebung anzupassen.

Intelligente, denkende und fühlende Roboter, wie man sie in Science-Fiction-Filmen sieht, gibt es nicht. Mit den heutigen Technologien ist eine solche Intelligenz nicht möglich, selbst wenn existierende Roboter teils sehr intelligent erscheinen.

Gesundheitswesen: Medizinroboter

Hilfsroboter

Auch im Gesundheitswesen können Roboter auf vielerlei Art helfen. In manchen modernen Krankenhäusern finden sich Roboter zur sozialen Interaktion oder um repetitive Tätigkeiten anstelle der Pflegekräfte zu übernehmen. Eine andere Art von Robotern hilft Chirurgen, bei Operationen mit höchster Präzision zu arbeiten.

In kritischen Situationen können Pflegeroboter Menschen vor Viren und Infektionen schützen. Zudem sind sie nützlich, wenn die Arbeitsbelastung beträchtlich steigt, z. B. in einer Pandemie. So können Roboter ganze Krankenhäuser reinigen, einschließlich der Stationen und Zimmer mit infizierten Patienten. Das ist wichtig, da sich die Pflegekräfte so auf andere wichtige patientenbezogene Tätigkeiten konzentrieren können. Darüber hinaus können Roboter neue Patienten gefahrlos auf Infektionen hin untersuchen und Infizierte in einen separaten Bereich bringen, wo sie ärztlich behandelt werden.

Operationsroboter

Operationsroboter tauchten erstmals Mitte der 1980er-Jahre auf. Sie werden bei Operationen in Bereichen wie Kardiologie, Gynäkologie, Urologie und Thoraxchirurgie verwendet, wo minimal-invasive Chirurgie gefragt ist, d. h. nur kleine Schnitte vorgenommen werden, um den operativen Eingriff vorzunehmen. Mithilfe von Robotern kann selbst durch kleinste Öffnungen mit höchster Präzision operiert werden, was das Infektionsrisiko senkt. Zudem ist dies angenehmer für Chirurginnen und Chirurgen, da sie nicht mehr stehen müssen, sondern bequem sitzen können.

Diese Medizinroboter sind nicht humanoid, sondern ähneln optisch eher Industrierobotern. Operationsroboter haben einen mechanischen Körper mit Armen, die vom Chirurgen gesteuert werden. Diese Roboterarme verfügen über Endoskope (lange, dünne, flexible Schläuche mit Kamera und Licht), die dem Chirurgen auf einer Konsole ein hochauflösendes Bild anzeigen.

Durch die Struktur der Maschinen entstehen allerdings auch Nachteile: Der erste ist der Preis, denn aufgrund der sehr hohen Qualitätsstandards sind diese Roboter extrem teuer. Zweitens berührt der Roboter und nicht der Arzt den Patienten, sodass es kein haptisches Feedback gibt. Oft stehen bei der Operation Pflegekräfte neben dem Patienten und überwachen ihn und den Roboter. Der Chirurg als Hauptakteur hingegen steuert den Roboter aus einer gewissen Entfernung. Selbst wenn der Chirurg weiß, wie er bei einer bestimmte Operation vorzugehen hat, muss er erst einmal lernen, den Roboter zu bedienen.

Robotische Prothesen

Robotische Prothesen werden durch ein hochgradige Integration zwischen Mensch und Maschine gesteuert. Die Mensch-Maschine-Interaktion geschieht hierbei größtenteils über kleine Muskelbewegungen. Je nach Technologie funktioniert die Erkennung dieser Muskelbewegungen über elektrische oder druckempfindliche Sensoren (invasiv oder nicht-invasiv). Die Prothese reagiert darauf mit einer entsprechenden Bewegung. Fortschrittliche Signalverarbeitungs- und KI-Technologie wandelt die Muskelsignale in Bewegungen der robotischen Prothese um. Das „Gehirn“ (der eingebettete Computer) der Prothese muss klein, leicht und energieeffizient sein, damit längeres Tragen angenehm ist – das schränkt die Komplexität der Technologie ein.

Autonome Fahrzeuge

Autonome Fahrzeuge bewegen sich ganz ohne Eingreifen des Menschen. Der Schwerpunkt der Forschung liegt dabei auf selbstfahrenden Autos. Während das Auto fährt, analysiert der integrierte Computer die Umgebung mit fortschrittlicher KI-Technik anhand der Daten von zahlreichen Sensoren am Fahrzeug. Die Entwicklung selbstfahrender Autos begann in den 90er-Jahren.

SAE International (Verband der Automobilingenieure in den USA) definiert folgende Stufen für automatisiertes Fahren:

• Stufe 0: Hierbei handelt es sich nicht um Autos aus der Zukunft, sondern bereits existierende. Stufe 0 bedeutet, dass die Automatisierung auf Warnhinweise und Assistenzsysteme beschränkt ist. Dazu gehören Notbremsassistent, Totwinkel-Überwachung und Spurverlassenswarnung.

• Stufe 1: Das Auto wird vom Fahrer gesteuert, der dabei durch Automatisierung unterstützt wird, z. B. Lenk- und Beschleunigungsassistenten. Konkrete Beispiele sind Abstandsregeltempomat und Spurassistent. Mit dem Abstandsregeltempomat (Adaptive Cruise Control, ACC) legt der Fahrer eine Geschwindigkeit fest, die das Fahrzeug beibehält, aber auch bremst und beschleunigt, um einen sicheren Abstand zu anderen Autos zu halten. Der Spurassistent bringt das Auto wieder in die Spurmitte, falls es ohne eingeschalteten Blinker die Spur verlässt. Bei Stufe 1 ist nur eine Funktion automatisiert.

• Stufe 2: Dies entspricht im Wesentlichen Stufe 1, aber mehrere Funktionen sind automatisiert. Einige Lösungen erwecken zwar den Anschein eines höheren Grades an Automatisierung, doch diese Stufe ist jene, die man in heutigen Autos (Stand Anfang 2021) vorfinden kann. Viele Autokonzerne haben hervorragende Lösungen auf dieser Stufe, z. B. der Autopilot von Tesla, der Drive Pilot von Mercedes-Benz, ProPilot Assist 2 von Nissan oder das System von Volvo.

• Stufe 3: Die Fahrzeugautomatik kann Lenkung, Beschleunigung und Bremsung steuern. Das System überwacht die Umgebung und reagiert entsprechend. Der menschliche Fahrer muss allerdings weiterhin die Straße im Blick behalten, um im Notfall eingreifen zu können. Die Automatik kann nur die Kontrolle übernehmen, wenn der KI-Algorithmus dies für sicher erachtet. Ein Ansatz zur Einführung der Stufe-3-Automatisierung ist, dass die KI das Fahrzeug nur bei langsamen Geschwindigkeiten, z. B. im Stau, steuern darf, um den Fahrer kognitiv zu entlasten. Autos der Stufe 3 sind bald möglich, sodass es denkbar wäre, dass Sie zum Zeitpunkt des Lesens bereits ein solches Auto fahren.

• Stufe 4: Der gesamte Fahrvorgang wird von der Automatik übernommen. Das System kann auch mit komplexen Situationen wie dem plötzlichen Auftauchen eines Objekts auf der Straße umgehen. Dadurch kann der Fahrer entspannen und sich anderen Dingen widmen (z. B. E-Mails oder ein Buch lesen), insbesondere auf der Autobahn. Bei Stufe 4 kann der Fahrer weiterhin bei Bedarf die Kontrolle übernehmen. Das Waymo Test Car ist ein Beispiel für diese Stufe.

• Stufe 5: Dieses Level ist das Ziel für autonomes Fahren. Das Auto kann eigenständig ohne jegliches menschliches Eingreifen fahren. Das bedeutet ein Höchstmaß an Automatisierung. Es gibt weder ein Lenkrad noch Gas- oder Bremspedale. Das Fahrzeug kann unter allen Bedingungen die beste, sicherste Entscheidung treffen. Es ist in der Lage, Verkehrsschilder und Fußgänger zu erkennen, das Verhalten anderer Fahrzeuge vorherzusehen und Kollisionen zu verhindern sowie Gefahren selbst unter extremen Bedingungen zu vermeiden.

Kurzum: Bei Stufe 0, 1 und 2 muss der Mensch achtsam sein, die Umgebung im Blick behalten und notfalls eingreifen. Das Fahrzeugsystem unterstützt ihn durch Automatisierung, doch es erfordert eine ständige Überwachung durch den Menschen. Die Stufen 3, 4 und 5 stehen für eine neue Ära der Automatisierung, die eine wahre Revolution der Robotik bedeutet und große Auswirkungen für die Gesellschaft haben wird. Bei Stufe 4 muss der Fahrer im Notfall eingreifen, aber an sich fährt das Auto selbstständig. Das ist die größte Veränderung in der Autoentwicklung, da der Fahrer nicht mehr zum Steuern des Autos benötigt wird. Tatsächlich kommen wir jeden Tag der öffentlichen Einführung dieser Stufe näher.

Fertigung: Industrieroboter

Industrieroboter arbeiten vorrangig in der Produktion. Sie können rund um die Uhr arbeiten und führen vorprogrammierte Tätigkeiten aus, die sequenziell, wiederholend und monoton sind. Industrieroboter bestehen aus zwei Hauptkomponenten: dem Körper, der den Roboter steuert, und einem oder mehreren Armen, mit denen Aufgaben ausgeführt werden. Industrieroboter können von Menschen oder von Computern gesteuert werden. Die Steuereinheit im Roboter gibt dem Arm Anweisungen auf Grundlage der Befehle des Bedieners oder einer Computeranwendung. Der Roboterarm, auch Manipulator genannt, hat enorme Kraft. Industrieroboter können zudem mit Sensoren ausgerüstet werden, um ihren Status und die Umgebung zu kontrollieren. Anhand der Sensordaten können Anzeichen von Versagen erkannt und Wartungsarbeiten geplant werden, bevor der Roboter nicht mehr funktioniert. Industrieroboter spielen in unserer Gesellschaft eine sehr wichtige Rolle, da sie den Großteil der elektronischen Geräte fertigen.

Es gibt verschiedene Arten von Industrierobotern. Sie werden anhand von Aufbau und Verwendung in Kategorien eingeteilt:

Knickarmroboter oder Gelenkarmroboter sind häufig in der Fertigung anzutreffen. Dabei handelt es sich üblicherweise um einen Roboterarm mit zwei oder mehr Gelenken, die auch als Achsen bezeichnet werden. Diese Achsen sind in Reihe geschaltet, um jeweils das nächste Gelenk zu stützen. Der Körper des Roboters ist an Boden, Wand oder Decke befestigt und das erste Gelenk ist für gewöhnlich Teil des Körpers. Dann folgen weitere Gelenke, deren Anzahl je nach Einsatzzweck des Roboters variiert.

6-Achs-Roboter können eine Vielzahl an Bewegungen durchführen und in der Industrie für verschiedenste Aufgaben verwendet werden. Diese Roboter können an sechs Achsen rotieren. Zum Beispiel kann sich der Roboter an der ersten Achse an der Basis nach links und rechts drehen. Die zweite Achse befindet sich oberhalb davon und erlaubt eine Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung. An der dritten Achse kann der Roboter sich hinter seinen Körper drehen und die vierte und fünfte Achse ermöglichen kleinere Bewegungen am Ende des Roboterarms. Die sechste Achse wird auch Armgelenk genannt und kann sich in beide Richtungen um 360 Grad drehen.

SCARA-Roboter (Selective Compliance Articulated Robot Arm) werden vor allem für kleinere Pick-and-Place-Aufgaben (Greifen und Platzieren) verwendet. Sie haben verschiedene Freiheitsgrade, aber meist auf ähnlichem Niveau. SCARA-Roboter verfügen allgemein über 3 Achsen, doch es gibt auch Modelle mit 4 oder 6 Achsen. Diese Art Roboter arbeitet zügig und hat eine unglaubliche Beschleunigung. Der Roboter stoppt die Bewegung an einer genauen Stelle, um Objekte zu greifen und zu platzieren. Ein solcher Roboterarm kann je nach Szenario bis zu 120 Objekte pro Minute greifen und präzise platzieren.

Parallelroboter oder Deltaroboter, aufgrund ihres Aussehens auch Spinnen genannt, haben drei Arme, die an der Unterseite des Roboters angeschlossen sind und parallel arbeiten. Der Körper des Roboters wird daher oberhalb des Arbeitsbereichs angebracht. Wie SCARA-Roboter werden auch Deltaroboter für Pick-and-Place-Aufgaben eingesetzt.

Kartesische Roboter, auch Linearroboter oder Portalroboter genannt, haben rechtwinklige Arme, die sich entlang der drei Hauptachsen des kartesischen Systems auf einer Geraden bewegen. Der Manipulator des Roboters ist unten an einem Tragsystem befestigt, sodass der Roboter sich entlang der Achsen in einem großen Arbeitsbereich bewegen kann. Diese Art Roboter wird für Pick and Place eingesetzt und kann große, schwere Objekte wie z. B. Kisten mit Metallteilen bewegen. Er lässt sich einfach und genau für viele Aufgaben konfigurieren.

Zylindrische Roboter verfügen über eine rotierbare Achse an der Basis. Der darauf folgende Motor bestimmt die Armhöhe und ein dritter Motor die Reichweite. Zylindrische Roboter sind für gewöhnlich kompakt, weshalb sie für Lackieren, Bestücken, Punktschweißen und Montage verwendet werden.

Polarroboter oder Kugelroboter: Die Basis des Roboters befindet sich im Zentrum einer Kugel und der Arm kann jeden Punkt des kugelförmigen Arbeitsbereichs erreichen, indem er sich entlang zweier Achsen dreht und streckt. Einsatzbeispiele für Polarroboter sind Spritzgießen und Schweißen.

Kollaborative Roboter (Cobots) sind Roboter, die gemeinsam mit Menschen arbeiten. Kollaborative Roboter bringen Menschen und Roboter zusammen, da beide im selben Arbeitsbereich auf sichere Art gemeinsam arbeiten können. J. Edward Colgate und Michael Peshkin erfanden Cobots im Jahr 1996 als „Gerät und Methode zur direkten physischen Interaktion zwischen einem Menschen und einem computergesteuerten Manipulator“.

All diese Arten von Industrierobotern sind unglaublich nützlich in der Fertigung. Sie können Menschen bei repetitiven – und eventuell gefährlichen – Tätigkeiten ersetzen, die sehr monoton oder anstrengend wären. Zudem sind die Roboter oft leistungsfähiger als Menschen. Sie arbeiten mit perfekter Präzision und Qualität und Quantität lassen sich meist automatisch messen. Da Industrieroboter ununterbrochen laufen, wird die Produktivität maximiert.

Zu den Kosten eines Roboters: Beim Kauf fallen Investitionskosten an und weitere Kosten entstehen durch Instandhaltung und Betrieb. Selbst wenn man diese drei Kostenarten summiert, ist es für einen Industriebetrieb üblicherweise günstiger, im ganzen Prozess Roboter statt Menschen einzusetzen. Zudem können Industrieroboter vielerlei Aufgaben übernehmen, sodass die Mitarbeitenden sich Tätigkeiten widmen können, bei denen sie einen größeren Mehrwert für das Unternehmen schaffen. Daneben braucht das Unternehmen Mitarbeitende, die den Fertigungsprozess leiten, die Maschinen bedienen und instand halten, Prozesse und Unterprozesse überwachen, bei Fehlern eingreifen, die Leistung kontrollieren und die Geschäftskontinuität sicherstellen.

Landwirtschaftsroboter

Industrieroboter, die auf Feldern und in Agrarbetrieben arbeiten, werden Landwirtschaftsroboter genannt. Diese Roboter helfen bei der Lebensmittelproduktion. Es gibt verschiedene Arten dieser Roboter, wovon Ernteroboter wohl die häufigste sind. Wie Industrieroboter erledigen Landwirtschaftsroboter repetitive, monotone Arbeiten. Zu den Hauptaufgaben von Ernterobotern gehört das Greifen und Platzieren von Objekten. Andere Landwirtschaftsroboter haben Funktionen für Säen, Unkrautbekämpfung, Stutzen, Phänotypisierung und Durchforstung. Diese Tätigkeiten sind in Wirklichkeit komplexer, als sie erscheinen.

Um eine Pflanze zu ernten, muss der Roboter sie zuerst mithilfe einer Kamera finden. Dann muss er prüfen, ob die Pflanze tatsächlich erntereif ist. Beim Ernten darf der Roboterarm die Pflanze nicht beschädigen. Zudem muss der Roboter mit unterschiedlichen Witterungsverhältnissen zurechtkommen. Er muss sich auf schlammigem Untergrund bewegen und Pflanzen selbst bei starkem Wind genau greifen können. Des Weiteren muss er Hitze, Kälte und UV-Strahlung aushalten. Manche Roboter verfügen über Solarpanels, sodass sie vollkommen umweltfreundlich ohne Schadstoffausstoß funktionieren. Die Verwendung von Robotern in der Landwirtschaft könnte eine Revolution bedeuten, welche die Lebensmittelverschwendung weltweit verringern könnte.

Beispiel

Roboter zur Gemüseernte

Ernte-Roboter können dank fortschrittlicher Technik Gemüse auf Feldern und in Gewächshäusern ernten. Sie nutzen einen komplexen Algorithmus, um zu prüfen, ob das Gemüse erntereif ist. Dabei verwenden sie eine Kamera und LED-Leuchten, um den Standort zu scannen. Der Algorithmus analysiert die Farbe des Gemüses, um den Reifegrad zu bestimmen. Als nächstes muss der Roboter die genaue Stelle an der Pflanze bestimmen, an der er das Gemüse mit einem kleinen Messer abschneidet. Zuletzt platziert er das Gemüse in einem Korb. Da selbst ein und dieselbe Pflanze verschieden große Früchte aufweisen kann, erfordert dieser Prozess modernste KI-Technologie, ähnlich jener, die bei selbstfahrenden Autos zum Einsatz kommt.

Roboter zur Unkrautbekämpfung

Es gibt auf dem Markt mehrere Modelle von Robotern zur großflächigen Unkrautbekämpfung. Das menschliche Eingreifen beschränkt sich auf die Programmierung des Roboters, der danach eigenständig das Unkraut jätet. Jätroboter haben einen GPS-Sensor zur genauen Ortung und Kameras zur Erkennung von Gemüse und Unterscheidung zwischen Gemüse und Unkraut. Hat der Roboter Unkraut erkannt, zerkleinert er es. Moderne Jätroboter sind umweltfreundlich, da sie zu 100 % mit Strom laufen.

Weitere Landwirtschaftsroboter

Großflächige Aussaat bedeutet viel Arbeit. Landwirtschaftsroboter stellen eine große Hilfe dar, indem sie manuelle Arbeit ersetzen. Dabei fährt der Roboter über das Feld, sät die Saat und jätet bei Bedarf Unkraut. Es gibt Modelle, die bis zu 20 Hektar pro Saison bearbeiten können. Des Weiteren gibt es Roboter zum Mähen, Besprühen, Schälen, Säubern, Sortieren und Verpacken landwirtschaftlicher Erzeugnisse.

Es gibt einen großen Bedarf für Roboter in der Landwirtschaft. Manuelle Arbeit ist für die jüngere Generation unattraktiv, die üblicherweise Bürojobs bevorzugt und sich Flexibilität und Unabhängigkeit wünscht. Das lässt sich nicht mit der manuellen Arbeit auf dem Feld vereinen, wo die Natur Bedingungen vorgibt und die Menschen sich anpassen müssen. Landwirtschaftsroboter könnten diese Lücke füllen. Der Bedarf ist zweifellos so groß wie bei Industrierobotern.

Militärroboter

Robotik gehört zu den futuristischsten Bereichen der Militärtechnologie. Militärroboter führen militärische Operationen durch, die sich in die Kategorien Prävention und Intervention aufteilen lassen. Roboter zur Bombenentschärfung arbeiten im Bereich Prävention. Dabei handelt es sich üblicherweise um kleine, leichte Roboter mit niedrigem Energieverbrauch, die Menschen in extrem gefährlichen Situationen ersetzen. Sie haben meist eine hochauflösende Kamera und einen Roboterarm, der von einem Menschen präzise gesteuert werden kann.

Eine weitere militärische Anwendung sind Drohnen. Diese Drohnen sind halbautomatisch. Bei der Bewegung von A nach B werden sie von einem Computerprogramm gesteuert. Sobald die Drohne im Kampfgebiet ankommt, übernehmen Menschen die Steuerung.

Rettungsroboter

Rettungsroboter sollen in Extremsituationen und bei Katastrophen Leben retten. Sie werden typischerweise in Gegenden eingesetzt, in denen ein menschliches Eingreifen zu gefährlich oder unmöglich ist, z. B. bei Erdbeben, Überschwemmungen, Orkanen oder Bränden. Rettungsroboter können sich in Katastrophengebiete begeben, um Menschen zu suchen und zu retten. Sie können dem Rettungsteam genau anzeigen, wo sich die gesuchte Person befindet. Manche Roboter sind auch in der Lage, Medikamente zu transportieren.

Rettungsroboter stellen eine große Hilfe für Rettungsteams dar. Das Team kann in größerer Entfernung zum Gefahrengebiet bleiben, während der Roboter dieses erkundet. Roboter sind ersetzbar, sehr wetterbeständig, können nicht wie Menschen verletzt werden, brauchen weniger Ruhezeiten (nur Zeit zum Aufladen) und bieten eine konstante Leistung.

Landrettungsroboter

Die Art des Rettungsroboters hängt vom Einsatzszenario ab. In kleinen Einsatzgebieten werden kleine, ferngesteuerte Roboter verwendet. Müssen Trümmer gehoben werden, greift man auf robustere Maschinen zurück. Roboter können auch an gefährlichen Orten mit hoher Strahlenbelastung arbeiten, um Messungen vorzunehmen und Trümmer zu beseitigen.

Wasserrettungsroboter

Die Rettung zu Wasser ist ebenfalls mit Robotern möglich. Der Roboter fährt durch das Wasser, sodass Ertrinkende sich daran festhalten und zurück an Land gezogen werden können. Der Roboter wird vom Rettungsteam an Land ferngesteuert. Die Rettung kann automatisiert werden, indem statt einem Menschen ein Computer mit fortschrittlicher KI-Technologie die Steuerung übernimmt. In diesem Fall benötigt der Robot Sensoren, um Menschen und Hindernisse (z. B. Boote) im Wasser zu entdecken. So kann der Roboter automatisch die Geschwindigkeit drosseln, wenn er sich in der Nähe eines Menschen oder eines Hindernisses befindet.

Luftrettungsroboter

Roboter können auch aus der Luft helfen. Hierzu werden Drohnen eingesetzt. Verschiedene Drohnen werden bei der Bergrettung verwendet, doch sie sind auch bei der Erkundung von Wasserflächen aus der Luft eine große Hilfe. Drohnen können Katastrophengebiete erkunden und Materialien wie Medikamente oder Schwimmwesten transportieren. Sie können ferngesteuert werden und haben einen Bildschirm, um Botschaften zu übermitteln. Im Gegensatz zu Rettungsflugzeugen können Drohnen leichter in enge Bereiche wie Wälder oder Schluchten vordringen und näher am Boden fliegen.

Erkundungsroboter

Roboter können auch zur Erkundung und Beobachtung eingesetzt werden. Der Hauptanwendungsbereich ist die Weltraumforschung. Man bevorzugt hierbei Roboter gegenüber Menschen aus ähnlichen Gründen wie bei Rettungseinsätzen: Roboter sind ersetzbar und in vielerlei Hinsicht leistungsfähiger als Menschen (sie halten extreme Witterungsbedingungen und hohe Strahlenbelastungen aus und können Aufgaben erledigen, die für Menschen zu gefährlich oder nicht machbar wären). Forscher arbeiten an Robotern für Beobachtungstätigkeiten und an humanoiden Robotern als zukünftigen Ersatz für Astronauten.

Beobachtungsroboter sammeln Unmengen von Daten in Form von Messwerten, Bildern und Videos. Sie können Proben wie Gestein, Staub und andere Materialien aus dem All zur Erde bringen. Weltraumroboter müssen möglichst leicht sein, um den Energieverbrauch beim Transport ins Weltall zu senken. Im Weltall selbst ist das Gewicht aufgrund der Schwerelosigkeit irrelevant. So können riesige Roboter auf der Oberfläche anderer Planeten arbeiten und dabei weniger Energie als auf der Erde verbrauchen. Doch jedes Gramm mehr, das in den Weltraum gebracht werden muss, kostet viel Geld.

Beispiel

Mars Exploration Rovers (MERs)

Mars Exploration Rovers (MERs) oder kurz Mars-Rover sind wohl die berühmtesten Weltraumroboter. Der erste Mars-Rover namens Sojourner wurde 1997 ins All geschickt. 2003 folgten Spirit und Opportunity, die nach einem halben Jahr und 100 Mio. km Reise erfolgreich auf dem Mars landeten. Der vierte Mars-Rover namens Curiosity startete 2011 und hatte laut der NASA folgende wissenschaftliche Ziele:

1. Bestimmen, ob es auf dem Mars je Leben gab

2. Das Klima auf dem Mars bestimmen

3. Die Geologie des Mars bestimmen

4. Vorbereitung für menschliche Erkundung

(NASA)

Diese Roboter sind Vorzeigebeispiele für Ingenieurskunst und Wissenschaft. Sie müssen zahlreiche Aufgaben meistern, wie Landung, Navigation, Anpassung an die Umgebung, Durchquerung schwierigen Geländes und Kommunikation im Weltall. Sie müssen extreme Kälte und Hitze aushalten, ein robustes Fahrwerk und geringen Energieverbrauch haben, Solarpanel zur Energieversorgung nutzen und viele weitere Herausforderungen überwinden. Zudem kostet ein Scheitern gewaltige Summen an Geld. Zum Glück erfüllten alle Mars-Rover ihre ursprünglichen Missionsziele. Spirit und Opportunity verbrachten mehr als 6 bzw. 14 Erdjahre auf dem Mond und Curiosity ist momentan (Stand Dez. 2020) noch aktiv.

Mikro-Rover

Mikro-Rover sind ein gutes Beispiel für die Nutzung leichter Roboter zur Weltraumerkundung. Ein Mikro-Rover wiegt etwa 2 kg und hat die Größe eines normalen Buchs. Diese kleinen Roboter wurden dafür entworfen, geochemische Daten auf der Oberfläche von Planeten zu sammeln. Der Rover ist mit einer winzigen Kamera ausgestattet, dank der er Daten senden und die Oberfläche visuell analysieren kann, um zu erkennen, ob es sich um Gestein, Staub oder Sand handelt. Um Gewicht zu sparen, hat er keine Batterie, sondern wird von einer größeren Maschine mit Energie versorgt.

Humanoide Roboter

Humanoide Roboter wurden geschaffen, um Astronauten zu helfen oder sie zu ersetzen. Sie sollen in Gefahrensituationen eingesetzt werden. Humanoide Astronauten können klettern, sich an Geländern festhalten, außerhalb der Raumstation ohne Sauerstoff arbeiten und Befehle der Besatzung ausführen. Da das All ein einsamer Ort sein kann, bevorzugen manche Astronauten Maschinen, die mehr wie Menschen aussehen und als zusätzliches Teammitglied erscheinen.