Die Robotik hat eine lange Entwicklung hinter sich: In den 1960er-Jahren markierte der ‚Unimate‘ als erster Vertreter seiner Art den Beginn der Industrierobotik. Diese klassischen Industrieroboter arbeiten mittlerweile millionenfach in Fabriken. Seit den 2000er Jahren haben kollaborative Roboter (Cobots) dank dynamischer Reaktion, feinfühliger Sensorik und intuitiver Programmierung neue Einsatzfelder für die Robotik erschlossen. Mit den Humanoiden entsteht nun nochmal ein völlig neues Segment.

Die Humanoiden versprechen, jene Tätigkeiten zu übernehmen, die bislang ausschließlich Menschen verrichten konnten, nicht als Ersatz, sondern als willkommene, entlastende Unterstützung und als Antwort auf den globalen Arbeitskräftemangel. Dabei profitiert die rasante Entwicklung der Humanoiden stark vom technologischen Fundament, auf dem sie aufbauen können. Hochdichte, präzise Frameless-Motoren, kompakte Servoantriebe und modulare Steuerungssysteme, die ursprünglich für Cobots entwickelt wurden, lassen sich nun auch für humanoide Systeme optimieren. Der Status Quo humanoider Robotik zeigt daher auf Basis schlanker, humanoider Gelenke deutliche Fortschritte in der Mechatronik. Die Locomotion, also das koordinierte und sichere Laufen sowie Balancieren in verschiedenen Einsatzszenarien, ist mittlerweile gewährleistet.

Humanoide Antriebstechnik

Torque-Motoren wie die ILM-Modelle von TQ-RoboDrive wurden speziell für sensitive, robotische Anwendungen entwickelt. Ihre hohe Drehmomentdichte ermöglicht es, kompakte, leichte und hochdynamische humanoide Gelenke zu realisieren. © TQ RoboDrive

Aktuell setzt der vermehrte Einsatz von Quasi-Direct-Drive (QDD) neue Maßstäbe in der humanoiden Antriebstechnik. Statt der bislang üblichen hohen Getriebeuntersetzungen von 1:100 bis 1:1000 werden in modernen Humanoiden zunehmend Antriebe mit sehr niedrigen Übersetzungen typischerweise unter 1:20 verbaut. Diese QDD-Architektur reduziert Trägheit und Reibung drastisch und ermöglicht damit natürlichere, präzisere und sichere Bewegungen, wie sie für Mensch-Roboter-Interaktion und dynamische Locomotion unerlässlich sind. Genau hier setzen Torque-Motoren wie die Modelle von TQ-RoboDrive an, die speziell für sensitive, robotische Anwendungen entwickelt wurden. Ihre hohe Drehmomentdichte ermöglicht es, die notwendige Leistung für QDD-Aktuatoren bereitzustellen und gleichzeitig kompakte, leichte und hochdynamische humanoide Gelenke zu realisieren.

Ergänzend hebt die künstliche Intelligenz die Wahrnehmung und Entscheidungsfähigkeit humanoider Roboter auf ein neues Niveau. Deep-Learning-Ansätze halten Einzug in die Robotik und Vision-Language-Action (VLA)-Modelle ermöglichen es Robotern, ihre Umgebung wahrzunehmen, zu verstehen, Handlungen zu planen und Aufgaben durch Beobachtung zu erlernen. Diese Kombination aus KI und physischer Verkörperung mit hochpräzisen Antrieben eröffnet Humanoiden völlig neue Möglichkeiten.

Was humanoide Roboter noch bremst

Trotz aller Fortschritte gilt es für die humanoide Robotik immer noch komplexe Herausforderungen zu meistern, die ihre breite Einführung bislang bremsen. Dabei stehen Funktionale Sicherheit und KI-Zuverlässigkeit an erster Stelle. Humanoide Roboter müssen nicht nur einzelne Antriebe sicher regeln, sondern die koordinierte, verzögerungsfreie Bewegung ihrer 30 bis 50 Achsen in Echtzeit beherrschen. Hinzu kommt die Interaktion mit Menschen, die deren zuverlässige Erkennung, eine korrekte Einschätzung von Abständen und die Integration von Regelungstechnik und KI in sicherheitskritische Entscheidungen erfordert.

Ebenso wichtig ist das Thema Security. Mit der zunehmenden Vernetzung humanoider Roboter wächst das Risiko von Cyberangriffen. Kompromittierte Modelle oder Steuerungen könnten im schlimmsten Fall zu unkontrollierten Bewegungen führen. Gleichzeitig gilt es, sensible Daten zu schützen, die Roboter im Arbeitsumfeld erfassen. Sicherheitsarchitekturen müssen daher ähnlich robust sein wie in der Automobilindustrie oder bei industriellen Steuerungssystemen.

Und auch die Handhabung komplexer Objekte bleibt eine große Herausforderung, denn Hände mit vielen Freiheitsgraden, taktilem Feedback und variabler Steifigkeit sind technisch sehr anspruchsvoll umzusetzen. Ohne diese feinfühligen Manipulationsfähigkeiten bleibt der Einsatz von Humanoiden in vielen Bereichen eingeschränkt.

Eine weitere, große Herausforderung ist es, humanoide Roboter in reale Arbeitsprozesse zu integrieren, also Materialzuführung, Qualitätskontrolle, Maschinenansteuerung und ganze Prozessketten zu berücksichtigen. Humanoide Roboter müssen in der Lage sein, effektiv mit Menschen, Maschinen und anderen Robotern zusammenzuarbeiten. Das heißt, sie müssen komplette Arbeitsprozesse verstehen können und sich flexibel an wechselnde Anforderungen, dynamische Einsatzfelder sowie an bestehende Workflows anpassen.

Ein weiterer Engpass ist die Supply Chain. Humanoide benötigen hochspezialisierte Komponenten wie drehmomentstarke Motoren, präzise Getriebe und komplexe Sensorik. Viele dieser Bauteile sind schwer skalierbar und stammen von wenigen Herstellern. Erst wenn die Produktion skaliert, können die Kosten sinken und humanoide Roboter wirtschaftlich attraktiv werden. Bis dahin bleibt die Lieferkette ein kritischer Faktor. Nicht zuletzt fehlt es aktuell noch an der entsprechenden Regulierung und Zertifizierung. So gibt es für diese neue Roboterklasse bislang kaum Normen oder Verfahren. Klassische Sicherheitsstandards greifen nur bedingt, da Humanoide ohne Käfige arbeiten und KI-basierte Entscheidungen treffen. Doch die International Organization for Standardisation (ISO) erarbeitet mit der ISO TC 299 WG12 aktuell eine neue, passende Norm, inklusive technischer, rechtlicher und ethischer Aspekte.

Das Potenzial humanoider Roboter

Humanoide übernehmen Aufgaben, die für Menschen belastend, gefährlich oder schlicht unattraktiv sind – von schweren körperlichen Tätigkeiten bis hin zu monotonen Abläufen. © Mentee Robotics

Trotz all dieser Herausforderungen ist das Potenzial, das humanoide Roboter in sich tragen, gewaltig! Sie passen perfekt in eine Welt, die für Menschen konzipiert wurde – mit Türen, Treppen, Werkzeugen und Maschinen. Anders als klassische Roboter benötigen sie zudem keine teuren Einhausungen oder Spezialzellen. Sie können bestehende Infrastruktur nutzen und lassen sich dadurch schneller und kostengünstiger integrieren. Hinzu kommt ihre universelle Einsatzfähigkeit. Während klassische Roboter meist für klar definierte Aufgaben entwickelt werden, können humanoide Systeme ein breites Spektrum an Tätigkeiten übernehmen – von der Kommissionierung über die Montage bis hin zu Service- und Reinigungsaufgaben. Darüber hinaus profitieren sie Humanoide von den aktuellen Fortschritten in der KI. Ein zentraler Beschleuniger für die KI-Reife humanoider Roboter ist Imitation Learning, was komplexe Programmierung ersetzt. In sogenannten ‚Robot Gyms‘ sammeln Hersteller derzeit riesige Mengen an Bewegungs- und Interaktionsdaten, indem Menschen den Robotern demonstrieren, wie sie Tätigkeiten ausführen sollen. Die Humanoiden beobachten eine Aufgabe, abstrahieren das Bewegungsmuster und führen sie anschließend selbstständig aus. Dank ihrem menschlichen Formfaktor und ihrer mithilfe hochpräziser, leistungsstarker Antriebe gesteuerten Gelenke (Tendenz steigend bei aktuell 32 bis zu 52 Achsen) können sie diese Demonstrationen besonders exakt übernehmen. Imitation Learning schließt damit die Lücke zwischen Labor-KI und realen industriellen Anforderungen und gilt als wesentlicher Baustein für den Weg zur produktionsreifen Humanoiden-Generation.

Auch wirtschaftlich gesehen ist das Potenzial enorm. Der globale Markt für menschliche körperliche Arbeit wird auf rund 25 Billionen Dollar geschätzt. Humanoide Roboter adressieren genau diesen Bereich, indem sie anstrengende und monotone Tätigkeiten übernehmen, die heute von Menschen ausgeführt werden müssen oder sich mangels Fachkräften gar nicht mehr ausführen lassen. Ebenso ermöglichen sie eine Automatisierung ohne Umbau der Produktion, was Investitionskosten und Implementierungszeit reduziert. Und sie übernehmen Aufgaben, die für Menschen belastend, gefährlich oder schlicht unattraktiv sind – von schweren körperlichen Tätigkeiten bis zu monotonen Abläufen.

Die nächste große technologische Revolution

Der Autor: Robert Vogel ist Head of Business Development & Sales bei TQ-RoboDrive. © TQ RoboDrive

Humanoide Robotik steht heute dort, wo Smartphones Mitte der 2000er-Jahre standen: Die Grundlagen sind gelegt, die Technologie ist reif genug, und eine massive Welle an Innovation und Kapital rollt auf die Branche zu. Große Konzerne setzen humanoide Roboter bereits heute in realen Fertigungsprozessen oder produktionsnahen Szenarien ein. Gleichzeitig sind die ersten humanoiden Systeme auch für Home-Anwendungen bereits für Vorbestellungen verfügbar.

Wagt man einen Ausblick in die Zukunft, so könnten humanoide Roboter in den kommenden fünf Jahren in ersten Projekten branchenübergreifend produktiv arbeiten und in Logistikzentren, bei einfachen Montagetätigkeiten, in der Verpackung und Kommissionierung sowie im Facility Management eingesetzt werden. Die Kosten werden sinken, und KI-Modelle werden ein Leistungsniveau erreichen, das mit kurz angelernten menschlichen Arbeitskräften vergleichbar ist.

Das macht es sehr wahrscheinlich, dass humanoide Roboter in zehn Jahren bereits zu einem der wichtigsten Werkzeuge der modernen Industrie- und Dienstleistungsgesellschaft werden und in vielen Branchen zum Standard gehören. 

Redaktion: Inka Krischke