Robotik

Sie laufen, tanzen, boxen, spielen Fußball, Schach oder Tischtennis. Schnell schreitet die Entwicklung humanoider Roboter voran. In eigens kreierten Wettbewerben wie dem RoboCup oder den World Humanoid Robot Games wetteifern sie sogar um Medaillen. Doch diese faszinierenden Maschinen bilden nur die Spitze der Robotik. Sie demonstrieren, was technisch maximal möglich ist. Die allermeisten der heute eingesetzten Roboter ahmen weder Mensch noch Tier nach und kommen eher unspektakulär daher – vom Industrieroboter in der Chipfabrik über das Robotertauchboot in der Tiefsee bis zum Roboterassistenten im Operationssaal.

Sensorik, Elektronik und Motorik

Während einfache Maschinen bestimmte Bewegungen immer wieder hintereinander ausführen, reagieren Roboter aktiv auf ihre Umgebung: Sie nehmen ihr Umfeld wahr, verarbeiten diese Daten und ermitteln daraus Handlungsanweisungen, die dann von den jeweils genutzten Motoren ausgeführt werden. Daher profitiert die Robotik von Fortschritten auf drei Gebieten: der Sensorik, der Elektronik und der Motorik.

Als Sensoren kommen beispielsweise Kameras und Lasersysteme zum Einsatz, die das Umfeld sowie Objekte und deren Bewegungen erfassen. Winzige Detektoren können elektromagnetische Strahlung und Mikrofone entsprechend Schallwellen über einen extrem breiten Frequenzbereich aufzeichnen. Beschleunigungs- und Lagesensoren liefern Daten zu Bewegung und Position. Tastsensoren erfühlen Oberflächen und deren Struktur. Künstliche Nasen und Zungen riechen und schmecken chemische Substanzen. Dank dieser Vielfalt können Roboter weit mehr und genauere Informationen sammeln als der Mensch.

Für die kontrollierten, mal kräftigen, mal sanften Bewegungen dominieren heute noch Elektroantriebe in zahlreichen Varianten. Piezoelektrische Motoren, die elektrische Spannungen direkt in Bewegungen umwandeln können, ergänzen den Baukasten der Motorik. Auf der Schwelle zur Einsatzreife stehen auch künstliche Muskeln, oft aus verdrillten Nanofasern gefertigt. Sie reagieren auf elektrische Pulse und Lichtwellen, aber auch auf Temperaturdifferenzen, pH-Wert oder bestimmte Chemikalien. Selbst spezielle Kunststoffe können sich unter Lichteinfall oder in elektrischen Feldern verformen. Alle Ansätze verfolgen ähnliche Ziele: Aus möglichst wenig und leichtem Material sollen Motoren jeder Art möglichst kräftige Bewegungen ausführen – und das bei äußerst geringem Energieeinsatz.

Besonders stark profitiert die Robotik von den rasanten Fortschritten der Elektronik. Extrem stark geschrumpfte Chips und Prozessoren verarbeiten immer mehr Daten in kürzerer Zeit. Den größten Schub erfährt die Robotik aktuell aber wohl durch die vielfältigen Methoden der Künstlichen Intelligenz. KI ist der Schlüssel dafür, dass Roboter – nach entsprechendem Training – völlig autonom auf die von den Sensoren gesammelten Daten reagieren können. Dieses Zusammenspiel von optimierter Hardware und ausgefeilter Software ermöglicht sogar Fähigkeiten, an die man ursprünglich gar nicht gedacht hatte.

Roboter im Alltag der Zukunft

Derzeit drängen Roboter nach erprobtem Einsatz in Industrie und Forschung immer stärker in den Alltag. Rasenmäher, Staubsauger und Taxis sind nur der Anfang. Vielseitig einsetzbare Haushalts- oder Pflegeroboter stehen in der Entwicklung und werden nicht mehr lange auf sich warten lassen. Viele Zukunftsvisionen aus dem Science-Fiction-Genre, in dem Roboter seit jeher viele Hauptrollen spielen, nähern sich der Realität. Die Fähigkeiten des vielseitigen Protokolldroiden C-3PO aus „Star Wars“ wären bereits heute technisch möglich.

Allein menschliche Gefühle eines zynisch-egoistischen Bender aus „Futurama“ oder eines depressiven Marvin aus „Per Anhalter durch die Galaxis“ von Douglas Adams sind aus heutiger Sicht unerreichbar. Mithilfe von KI ließen sich diese Eigenschaften höchstens simulieren. Auch die Verschmelzung von Mensch und Roboter zu Cyborgs bleibt – abgesehen von intelligenten Prothesen – weiterhin der Science-Fiction vorbehalten.