Robotik: 7 Fakten, die Sie kennen sollten

Robotik
4. Mrz 2024
Robotik: 7 Fakten, die Sie kennen sollten

Der Bereich Robotik steckt voller überraschender Fakten. Mit einer utopischen Idee im Ursprung, die inzwischen in Form von Automatisierung in verschiedenen Formen, von Industrierobotern über Serviceroboter, Humanoide bis hin zu kollaborativen Robotern, Realität geworden ist, hat die Zukunft der Robotik ihren Höhepunkt noch nicht erreicht.

Hier sind sieben erstaunliche Fakten über Robotik – entdecken wir ihren Ursprung, die verschiedenen Anwendungen von Robotern und den zunehmenden Erfolg von Robotern in der Pharmaindustrie.

Definition der Robotik

Robotik ist ein multidisziplinäres Feld, das den Entwurf, die Konstruktion, den Betrieb und die Verwendung von Robotern umfasst, um Aufgaben auszuführen, die normalerweise von Menschen durchgeführt werden oder in für Menschen ungeeigneten Umgebungen stattfinden. Es umfasst Elemente aus Maschinenbau, Elektrotechnik, Informatik und der künstlichen Intelligenz. (Brittanica, 2024)

Robotics

Fakt 1: Die Definition von Robotik ist älter als die Roboter selbst

Bei der Robotik ging die Definition ihrem eigentlichen Ursprung voraus. Was zunächst als utopische literarische Idee von Maschinen begann, die bestimmte Aufgaben ausführen, die ursprünglich von Menschen ausgeführt wurden, ist seitdem Realität geworden. Roboter werden häufig eingesetzt, um menschliche Arbeit zu ersetzen, wenn es um sich wiederholende und anstrengende Aufgaben in Branchen wie dem Bauwesen, der Automobil- und Industriefertigung oder dem Gesundheitswesen geht.1

Während sie den Menschen in Stärke und Effizienz übertreffen sollen, werden menschliche Eigenschaften als Modelle für den Roboterbau verwendet. Abhängig von der Art des Roboters und seiner Anwendung sind sie so konzipiert, dass sie ein Sehvermögen, eine Berührung oder die Fähigkeit, Temperaturunterschiede zu spüren, nachahmen.

Darüber hinaus werden Robotersteuerungssysteme auch durch die Aufgaben bestimmt, die der Roboter in Zukunft ausführen soll. Es gibt ferngesteuerte Roboter und Robotersysteme, die mit künstlicher Intelligenz ausgestattet sind. Letztere wurden so programmiert, dass sie Aufgaben ohne zusätzliche Steuerungsquelle selbstständig ausführen.

Fakt 2: Die Geschichte der Robotik hat ihre Wurzeln in der Fiktion

Die Geschichte der Robotik ist vielfältig, da sich dieses Feld auf verschiedenen Ebenen entwickelt hat. Während die Idee intelligenter Maschinen bereits auf Homers Ilias (800 v. Chr.) zurückgeht, findet sich die erste Erwähnung des Wortes „Roboter“ in Karel Čapeks Stück Rossum’s Universal Robots (1920), also Maschinen, die doppelt so viel arbeiten können wie Menschen.1

Čapek hat den Begriff Roboter von „robota“ abgeleitet, was auf Polnisch „arbeiten“ bedeutet. Der Science-Fiction-Autor, der am bekanntesten für die Verwendung des Begriffs ist, ist jedoch der amerikanische Schriftsteller Isaac Asimov, Autor von The Robot Series (1940-1995), einer Sammlung von 37 Kurzgeschichten.

Im internationalen Vergleich ist deutsche Robotik-Forschung führend in Europa und auch im Vergleich mit den USA und weltweit konkurrenzfähig.

Fakt 3: Es gibt fünf Bereiche der Robotik

Roboter haben mehrere Qualitäten. Im Folgenden stellen wir fünf Anwendungsgebiete der Robotik vor, die für ihren Erfolg verantwortlich sind:

1. Arbeiten in gefährlichen Umgebungen

Roboter können in Umgebungen, die für Menschen gefährlich sind, menschliche Arbeitskraft ersetzen. Durch eine Bedienschnittstelle, die als Brücke zwischen Mensch und Roboter fungiert, kann eine Kommunikation mit dem Roboter hergestellt werden. Um eine erfolgreiche Kommunikation zwischen Arbeitern und Robotern zu erreichen, ist es wichtig, dass das Steuergerät einen praktischen Ansatz verfolgt und einfach zu bedienen ist.

2. Transport und Fortbewegung

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Robotik ist der Transport bestimmter Gegenstände oder die Fortbewegung in bestimmten Bereichen. Je nach Art des Roboters und seiner Verwendung sind mobile Roboter oft darauf ausgelegt, menschliche Bewegungen nachzuahmen, beispielsweise in Form von Roboterarmen. Andere Modelle, die mit ihrer Umgebung interagieren müssen, wie beispielsweise Roboterprototypen für Weltraummissionen, setzen auf Räder und andere Formen der Bewegung und Fortbewegung.

3. Interaktion mit der Umwelt

Roboter realisieren eine Interaktion mit der physischen Welt auf Basis von Sensoren, Aktoren und Informationsverarbeitung. Da sie in der Lage sein müssen, mit ihrer Umgebung zu interagieren, um bestimmte Aufgaben zu erfüllen, sind sie auf die Installation von Effektoren und Manipulatoren angewiesen. Diese können in verschiedenen Formen vorliegen: als einfacher Roboterarm oder als humanoide Hände, um Dinge aufzunehmen und zu bewegen, während industrielle Automatisierungssysteme oft auf Klemmmechanismen angewiesen sind, um schwere Werkstücke oder Objekte von einem Ort zum anderen zu bewegen.

Ein kleines Praxisbeispiel: Paul, kein menschlicher Mitarbeiter, sondern ein autonom fahrender Assistenzroboter, der vom Fraunhofer IPA speziell für den Einsatz im Handel entwickelt wurde, begrüßt im Elektronikmarkt Kunden und beantwortet ihre Fragen.

4. Präzise Ausführung von Befehlen

Es mag offensichtlich erscheinen, aber jeder Roboter muss in der Lage sein, die ihm gegebenen Befehle auszuführen. Daher ist die Programmierung einer der wichtigsten Aspekte der Robotik. Zudem entwickelt sich der Bereich der Informatik rasant weiter. Während traditionelle Programmiermethoden im Voraus angewendet werden und sich nicht von selbst ändern, gibt es verschiedene Arten von Robotern, die Deep Learning durch Algorithmen nutzen, um ihre Aufgaben anzugehen. Dies bedeutet jedoch nicht, dass menschliche Befehle obsolet sind, da selbst intelligente Roboter auf Programmierung angewiesen sind und oft nicht in der Lage sind, autonome Entscheidungen zu treffen.

5. Informationsbeschaffung

Um Informationen über die Umgebung zu sammeln, in der der Roboter arbeitet, benötigt er sensorische und Wahrnehmungsmerkmale. Je nach Einsatzzweck von Robotern müssen diese mit Sensoren wie Computer Vision oder Temperaturwahrnehmung ausgestattet werden. Die technischen Herausforderungen werden ermittelt und die abzubildenden Bearbeitungsschritte analysiert.

Quelle: Robotics and Automation News2

single ARW module for microfactory

Fakt 4: Es werden neun verschiedene Arten von Robotik unterschieden

Während sich einige Kategorien überschneiden oder schwer zu unterscheiden sind, gibt es neun Haupttypen von Robotik, auf die allgemein Bezug genommen wird:

  1. Industrieroboter
  2. Kollaborative Roboter (Cobots)
  3. Mobile Roboter
  4. Autonome mobile Roboter (AMRs)
  5. Serviceroboter
  6. Nanoroboter
  7. Humanoide Roboter
  8. Pädagogische Roboter
  9. Medizinische Roboter

Was ist ein Industrieroboter?

Wie der Name schon sagt, wird ein Industrieroboter für die industrielle Fertigung eingesetzt. Meistens bedeutet dies, anstrengende und gefährliche Aufgaben zu übernehmen, die ursprünglich von den Arbeitern erledigt werden mussten.

Industrieroboter haben das Potenzial, bestimmte Aspekte der Lieferkette zu beschleunigen, Engpässe zu vermeiden und Produktionskosten zu sparen. Bei der Auswahl von Industrierobotern für die Fertigung gibt es mehrere wichtige Kriterien, einschließlich Nutzlastkapazität und Reichweite.3

Während Industrieroboter in der industriellen Großfertigung weit verbreitet sind, wird der Markt auch für mittlere und kleinere Produktionsvolumen zugänglicher. Lösungen für High Mix / Low Volume, also für die Produktion kleiner Chargen und unterschiedlicher Varianten sind dafür notwendig. Diese Automatisierungslösungen müssen anpassbar und flexibel sein, um den Anforderungen kundenspezifischer Produktionen mit geringen Volumen gerecht zu werden.

Die Vision von ESSERT Robotics ist es, kundenspezifische Herstellung mit automatisierten Lösungen zu unterstützen, die es ihnen ermöglichen, schnell zwischen Entwicklungs- und Produktionsphasen zu wechseln – gerade in der pharmazeutischen Industrie. Mit flexiblen und agilen Automatisierungsmodulen, die einfach kombiniert und neu angeordnet werden können, kann die Kleinserienproduktion rationalisiert werden und von weniger Ausfallzeiten während der Produktionsschritte profitieren.

Cobot – mehr als nur ein Roboter

Der Begriff Cobot oder kollaborativer Roboter ist relativ neu und beschreibt einen Roboter, der zusammen mit Menschen arbeitet und sie bei ihren Aufgaben unterstützt, ohne dass eine Sicherheitsbarriere erforderlich ist. Sie sind darauf ausgelegt, den gleichen Arbeitsbereich zu teilen, sind oft wesentlich kleiner als Industrieroboter und einfach zu bedienen. Der Hauptunterschied zwischen Cobots und Industrierobotern besteht darin, dass Industrieroboter autonome Maschinen sind, die oft mit einem minimalen Maß an menschlicher Interaktion funktionieren.4

Cobots können je nach Design zahlreiche Aufgaben erfüllen. Um Herstellern die Flexibilität bei kleinen Produktionschargen zu ermöglichen, können Lösungen von ESSERT Robotics mit Bestandsgeräten kombiniert werden. Auch die Kollaboration mit Menschen ist möglich.

Fakt 5: Der Einsatz von Robotern nimmt stetig zu

Da die Nachfrage nach automatisierten Lösungen aufgrund von Arbeitskräftemangel und steigender Wettbewerbsfähigkeit in verschiedenen Branchen zunimmt, erweitern sich auch die Anwendungsbereiche der Robotik. Der weltweite Marktwert für das Jahr 2024 wird voraussichtlich 38,24 Milliarden US-Dollar erreichen, wobei ein großer Anteil dieser Automatisierungslösungen als Serviceroboter eingesetzt wird.5

Die Anwendung von Robotertechnik hat sich als vorteilhaft in Bezug auf Effizienz, Konsistenz und Rentabilität erwiesen. Roboter werden in verschiedenen Branchen eingesetzt, wie zum Beispiel in der Raumfahrt, im Bauwesen, in der Lebensmittelindustrie, in der Elektronik, in der Automobilindustrie und in der Pharmaindustrie, um nur einige zu nennen.6

Roboter in der Fertigung

Die Zukunft der Robotik in der Fertigung entwickelt sich ständig weiter. Roboter werden nicht nur für die Montage, Verpackung, Dosierung oder den Transport von Material verwendet; dank sensorischer Eigenschaften und Aktuatoren ist es auch möglich, sie für die Qualitätskontrolle einzusetzen. Mit Hilfe von Steuerungssystemen, die die Arbeiter in Echtzeit über Störungen informieren, wird die Produktion ebenfalls zuverlässiger.

Ultrasonic welding small parts with ESSERT Robotics

Robotische Automation in der Pharmaindustrie

Es gibt zahlreiche Themenfelder in denen Robotik im Life Science Bereich zum Einsatz kommt. Roboter können medizinische Aufgaben wie Rehabilitation und Physiotherapie durchführen und sogar in Form von Exoskeletten oder künstlichen Gliedmaßen eingesetzt werden.

Bei der Herstellung von Arzneimitteln, wo Konsistenz und Qualitätskontrolle essenziell sind, werden Roboter für noch effizientere Prüfung und Qualitätssicherung, Temperaturüberwachung, Dokumentation, Montage von medizinischen Geräten sowie aseptische Ausgabe und Befüllung, wie zum Beispiel das Pipettieren, eingesetzt.8

Fakt 6: Roboter in der Pharmaindustrie sind nicht mehr auf die LMHV-Produktion beschränkt

Auch wenn sich der Einsatz der Automatisierung lange auf Low Mix / High Volume Produktionen beschränkt hat, finden neue flexible und anpassungsfähige Automatisierungslösungen nun auch in High Mix / Low Volume Anwendungen ihren Weg.

In kleinen Produktionen wie klinischen Studien für Forschungsinstitute oder der Produktion maßgeschneiderter Medizin können Hersteller von Robotiklösungen profitieren, die anpassungsfähig und flexibel sind, um auf die sich ändernde Nachfrage des Marktes zu reagieren.

Mit der Veränderung der demografischen Struktur und dem späteren Einstieg der Arbeitnehmer ins Berufsleben werden in vielen pharmazeutischen Produktionen vermehrt Robotiklösungen benötigt. Mithilfe von Robotik können Arbeitnehmer von sich wiederholenden Tätigkeiten entlastet werden und ihre Zeit für bedeutendere Aufgaben nutzen.

Fakt 7: Modularität und Flexibilität in der Robotik sind entscheidend

Die Anforderungen in der Pharmaindustrie können sich schnell ändern, was die Hersteller kontinuierlich vor neue Herausforderungen stellt. Die Produzenten müssen in der Lage sein, flexibel auf Kundenanforderungen zu reagieren und bei Bedarf ihre Produktion hoch- oder herunterskalieren.

Modularität und Flexibilität der Robotik sind besonders wichtig, wenn es um neue Trends in der Branche geht, wie die Herstellung personalisierter Medizin. Dieses Feld ist spezifisch auf den Patienten ausgerichtet und basiert zumeist auf Kleinserien. Daher müssen Hersteller in der Lage sein, problemlos zwischen Entwicklungs- und Fertigungsmodus zu wechseln. Dies erfordert automatisierte Lösungen, die bei Bedarf an jeden Schritt der Produktion angepasst werden können.

ESSERT MicroFactory

ESSERT Robotics – fortschrittliche Robotiklösungen für hohe Standards

Robotik gilt als Pfeiler der Industrie 4.0. Die Anwendungsfälle für Robotik scheinen endlos. Auch in der Pharmaindustrie sind die Vorteile der Automatisierung unbestreitbar. Dennoch sind neue, flexible und anpassungsfähige Lösungen erforderlich, um die automatisierte Produktion in Umgebungen mit hoher Varianz und geringem Volumen effizienter zu gestalten.

Die ADVANCED Robotic Workstation von ESSERT Robotics, mit Hauptsitz in Bruchsal (Deutschland), wurde entwickelt, um den Herausforderungen entgegenzuwirken, mit denen Hersteller bei der Produktion geringer Mengen personalisierter Medizin konfrontiert sind. Zu diesen Herausforderungen gehören kurze Anpassungszeiten und häufige Wechsel zwischen Entwicklungs- und Produktionsphasen.

Die ADVANCED Robotic Workstation kann mit Robotern verschiedener großer Marken wie FANUC oder ABB bestückt werden. Die Workstation kann leicht an verschiedene Bausätze und Produktionsschritte angepasst werden, wodurch Ausfallzeiten im Produktionsprozess minimiert werden. Die standardisierten Workstations bestehen aus Edelstahlkomponenten und sind GMP-konform.

Mit der ESSERT MicroFactory besteht die Möglichkeit, komplette Produktionsketten zu automatisieren, indem verschiedene Workstations miteinander kombiniert werden. Dies erhöht nicht nur die Effizienz, sondern macht auch die pharmazeutischen Produktionsprozesse sicherer, da der manuelle Eingriff reduziert wird. Die Plattform eignet sich für Labore, Tests und Studien, um Scale-up-Herausforderungen durch agile Modularität zu meistern.

Im internationalen Vergleich ist deutsche Robotik-Forschung führend in Europa und auch im Vergleich mit den USA und weltweit konkurrenzfähig.

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  1. Ben-Ari, M., Mondada, F. (2018). Robots and Their Applications . In: Elements of Robotics. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-62533-1_1 ↩︎
  2. Liveley, Genevieve, and Sam Thomas, ‚Homer’s Intelligent Machines: AI in Antiquity‘, in Stephen Cave, Kanta Dihal, and Sarah Dillon (eds), AI Narratives: A History of Imaginative Thinking about Intelligent Machines (Oxford, 2020; online edn, Oxford Academic, 23 Apr. 2020), https://doi.org/10.1093/oso/9780198846666.003.0002, accessed 11 Feb. 2024. ↩︎
  3. https://roboticsandautomationnews.com/2022/12/28/the-major-fields-of-robotics-in-2023/58882/ ↩︎
  4. Robotics for Electronics Manufacturing Principles and Applications in Cleanroom Automation , pp. 1 – 11. Cambridge University Press, 2010. DOI: https://doi.org/10.1017/CBO9780511712173.002 ↩︎
  5. Shirine El Zaatari, Mohamed Marei, Weidong Li, Zahid Usman. Cobot programming for collaborative industrial tasks: An overview, Robotics and Autonomous Systems. Volume 116, 2019. https://doi.org/10.1016/j.robot.2019.03.003. ↩︎
  6. https://www.statista.com/outlook/tmo/robotics/worldwide ↩︎
  7. M. Edwards. Robots in industry: “An overview”. Applied Ergonomics. Volume 15, Issue 1,1984, Pages 45-53. DOI: https://doi.org/10.1016/S0003-6870(84)90121-2. ↩︎
  8. Bhatnagar, N. (2020). Role of Robotic Process Automation in Pharmaceutical Industries. In: Hassanien, A., Azar, A., Gaber, T., Bhatnagar, R., F. Tolba, M. (eds) The International Conference on Advanced Machine Learning Technologies and Applications (AMLTA2019). AMLTA 2019. Advances in Intelligent Systems and Computing, vol 921. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-14118-9_50 ↩︎
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