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Acht Gründe, warum die Robotik vor großen Entwicklungen steht

Roboter sind längst keine statischen, einfachen Maschinen mehr, deren Fähigkeiten und Aufgabenspektrum beschränkt ist. Sie haben sich zu komplexen, miteinander vernetzten und immer intelligenter werdenden Systemen entwickelt. Und die Entwicklung geht weiter: In näherer Zukunft sind für die Robotik entscheidende Fortschritte zu erwarten. Die technischen Voraussetzungen dafür waren noch nie so gut wie jetzt. Davon ist etwa der Roboter-Entwickler Gill A. Pratt überzeugt. [1]

Pratt zufolge hat sich auf dem technischen Sektor vieles getan, wovon die Forschung profitiert. Zum Beispiel gibt es derzeit enorme Fortschritte bei Datenspeicherung, Batterie- und Rechenleistung oder der drahtlosen Kommunikation. Insgesamt acht technische Treiber hat Pratt ausgemacht, deren Zusammenspiel sich als günstig für die Robotik erweist. Hinzu kommen mit „Cloud Robotics“ und „Deep Learning“ zwei weitere wichtige technologische Entwicklungen. Wir stellen sie vor.

Acht technische Treiber für die Entwicklung der Robotik

1. Rechenleistung I: starke Maschinen

Seit den Anfangstagen der Informationstechnik (IT) hat sich die Rechenleistung von Computern kontinuierlich verbessert und weiterentwickelt. Außerdem wird die dazugehörige Hardware – Computerchips und Transistoren – immer kleiner. Mittlerweile ist sie auf eine Größenordnung von wenigen Nanometern geschrumpft. Zum Vergleich: Ein Blatt Papier ist üblicherweise 100.000 Nanometer dick. [2]

2. Rechenleistung II: weltweite Performance

Was für das einzelne Gerät gilt, hat natürlich auch Auswirkungen auf die Rechenleistung in ihrer Gesamtheit: Weltweit erreicht die Rechenleistung aller Geräte, wollte man sie zusammenfassen, eine schier unvorstellbare Größenordnung. Dies ist unter anderem den Millionen von Hochleistungsservern von Internetfirmen rund um den Globus zu verdanken. Wie das der Robotik nützt? Zum Beispiel können viele mathematische Berechnungen in parallele Vorgänge aufgesplittet und damit schneller durchgeführt werden.

3. Design ist mehr als Optik

Design ist wichtig. Das gilt auch für Roboter. Gemeint ist dabei nicht nur das Aussehen. Oft werden für Roboter sehr spezielle Bauteile benötigt, die eigens entworfen und zu machbaren Preisen gefertigt werden müssen. Dafür sind computerbasierte Designinstrumente und Fertigungswerkzeuge sehr nützlich, wie sie etwa beim 3D-Druck zum Einsatz kommen. Die Weiterentwicklung dieser Technologien eröffnet viele neue Möglichkeiten.

4. Wie Energie gespeichert werden kann

Je mobiler Roboter werden, desto wichtiger wird ihre Versorgung mit Energie. Qualität und Lebensdauer von Batterien ließen lange zu wünschen übrig. Doch seit dem Vormarsch der mobilen Endgeräte und der Entwicklung der E-Mobilität wird das Thema Energie-Speicherung mit Volldampf vorangetrieben. Dies könnte die Energieversorgung der mobilen Roboter verbessern. Zwar sind Standard-Lithiumbatterien immer noch weniger leistungsstark als Brennstoffe aus Kohlenwasserstoff, wie Benzin, Zucker oder Fette. Doch sie holen auf. Auch gibt es mit den sogenannten Superkondensatoren eine relativ neue Technologie: Sie laden und entladen viel schneller als normale Batterien und können Hunderte bis Tausende Male aufgeladen werden. Bisher aber lässt ihre Speicherkapazität noch zu wünschen übrig. Zudem arbeiten Forscher*innen daran, umweltverträgliche Alternativen zu entwickeln.

5. Mehr leisten mit weniger Strom

Mehr Energieleistung für weniger Geld – das klingt simpel, erfordert aber weiterhin viel Forschung und Entwicklung, auch auf dem Gebiet Schaltkreise und Halbleiter, die gemeinsam die Basis von Computerchips bilden. Zum Beispiel wurden nun neue, leistungsstärkere Verbindungshalbleiter entwickelt, die dazu beitragen können, dass elektronische Geräte – und damit auch Roboter – effizienter werden.

6. Früher Einzelgerät, jetzt vernetzt

Frühe Roboter waren in sich geschlossene Systeme. Jedes Update musste einzeln entwickelt und aufgespielt werden, oft eine zeit- und kostenintensive Angelegenheit. Leistungsstarke drahtlose Kommunikation macht es möglich, dass sich Geräte zentral warten und updaten lassen. Die Steuerung von Geräten wird ebenfalls einfacher. Mit diesen Änderungen werden Roboter in der Lage sein, schneller denn je drahtlos zu kommunizieren.

7. Zugang zum Internet ist entscheidend

Auch die Internetnutzung ist weiter auf dem Vormarsch. Der sogenannte Cisco Visual Networking Index[3] geht davon aus, dass im Jahr 2022 durchschnittlich jeder Mensch auf der Erde drei Geräte mit Internetanschluss nutzen wird. Die vernetzte Kommunikation und Interaktion werden also weiter voranschreiten. Das bedeutet auch, dass die Speicherkapazität einzelner Roboter nicht mehr unbedingt entscheidend sein wird, sondern der Zugang zum Internet und den dort verfügbaren Daten.

8. Große Datenmengen für alle

Informationen sind wichtig – je umfassender, desto besser. Doch wie lassen sich große Datenmengen speichern und außerdem für Roboteranlagen schnell und flexibel verfügbar machen? Lösungen könnten in Zukunft beispielsweise die Unterhaltungsindustrie – Stichwort Streaming von Filmen – und die sozialen Medien liefern.

Das (bislang unerreichte) Vorbild sind wir

Werden Roboter künftig mehr und mehr den Funktionsweisen des menschlichen Gehirns nachempfunden? Werden sie gar irgendwann menschliches Denken imitieren können? Noch ist es nicht soweit. Viele Fähigkeiten des Gehirns – etwa motorische und persönliche Erinnerungen zu speichern und erneut abzurufen, einmal Gelerntes auf andere Bereiche zu übertragen oder basierend auf Wissen zu eigenen Erkenntnissen zu gelangen – können Roboter nach wie vor nicht abbilden.

Dennoch deuten die technologischen Entwicklungen darauf hin, dass sich hier etwas tut: Beispielsweise trägt Deep Learning (siehe Textkasten) zur Wiedergabe und automatischen Verarbeitung von zuvor erworbenem Wissen bei. So werden Roboter lernen, sich mehr und mehr in der komplexen Wirklichkeit zurechtzufinden. Genau wie wir.

[1] Gill A. Pratt, Is a Cambrian Explosion Coming for Robots, Journal of Economic Perspectives, S. 51-60

[2] Gill A. Pratt, Is a Cambrian Explosion Coming for Robots, S. 53

[3] Cisco Visual Networking Index: Forecast and Trends, 2017–2022 White Paper

[4] Gill A. Pratt, Is a Cambrian Explosion Coming for Robots, S.52