Automatisierung neu definiert:
Smarte Roboter verändern die Logistik

Intelligente Roboter können in der Logistik in Zukunft immer mehr Aufgaben übernehmen, die heute noch von Menschen ausgeführt werden – dort, wo es sinnvoll ist, ganz oder teilweise. Eine wesentliche Motivation für die Forschungsarbeit des Fraunhofer IML sind dabei die aktuellen wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Herausforderungen, insbesondere die Resilienz von Lieferketten und der Arbeitskräftemangel.

 In der Logistik fehlen schon heute spürbar Mitarbeitende, sei es im Lager oder in der Produktion, in der Krankenhaus- oder der Flughafenlogistik. Zugleich werden die Menschen, die dort arbeiten, immer älter. Sie brauchen Entlastung von körperlich schweren Arbeiten, die es in der Logistik noch immer gibt. Der Roboter wird hier zum Kollegen: Arbeiten können ihm komplett übertragen oder kollaborativ erledigt werden.

Fahrerlose Transportfahrzeuge bzw. mobile Transportroboter sind heute aber auch unabdingbar für die Digitalisierung von Supply Chains und zur Steuerung des innerbetrieblichen Materialfluss, der Lebensader in Lager und Produktion: In der infrastrukturreduzierten Logistik der Zukunft ersetzen flexible autonome (Robotik-)Systeme zunehmend starre Automatisierungslösungen. Durch die Integration von Robotern in die Prozesse wird der Materialfluss effizienter gestaltet und kann so den Anforderungen an moderne Lieferketten gerecht werden. Dazu gehört auch die zunehmende Variantenvielfalt in der Produktion, die adaptive und flexible Fertigungsverfahren erforderlich macht.

Mit den neuen Transportrobotern findet ein Paradigmenwechsel von kabelgebundener industrieller Kommunikation hin zur Funkkommunikation statt. Durch die Konzepte cyberphysischer Systeme steigt dabei der Grad der Dezentralität bis hin zum Einsatz dezentraler Schwarm-Systeme. Forschende sprechen vor diesem Hintergrund der Automatisierung der Produktion durch flexible, intelligente Roboter bereits von einer »Industrie 5.0«.

Künstliche Intelligenz (KI) treibt die Entwicklung von Robotern heute entscheidend voran. Sie dient als Enabler für die Automatisierung komplexer Transportsysteme. Dabei ermöglicht KI Robotern die Fähigkeit zur Wahrnehmung, Entscheidungsfindung und Anpassung an neue Situationen. Mit fortschrittlichen Algorithmen zur Lokalisierung können Roboter in dynamischen Umgebungen navigieren und Transportaufgaben effizient übernehmen. Durch maschinelles Lernen können sie zudem aus Erfahrungen lernen und ihre Leistung im Laufe der Zeit verbessern. Mit der am Fraunhofer IML entwickelten »RAI – Remote AI«-Box, einem zentralen Intelligenzmodul für Roboter, können Hersteller von Sensoren, Produzenten und Endanwender von Automated Guided Vehicles (AGVs) die Fahrzeuge sogar einfach und kostengünstig mit Künstlicher Intelligenz nachrüsten. Die Box, deren Aussehen an einen Kopf mit Gesicht erinnert, ist ein zentrales Intelligenzmodul, das Robotern »aufgesetzt« werden kann. Die Algorithmen der KI-Box ermöglichen es dem Roboter, sich in definierten Räumen fortzubewegen und Transportaufgaben zu übernehmen. Damit lassen sich Fahrzeuge zu kollaborativen Robotern machen, die über 5G mit einer KI-Cloud oder einem Remote User kommunizieren können. Die Anpassung erfordert nur geringe Softwaremodifikationen, die schnell und unkompliziert durchgeführt werden können. Durch neuronale Netze lassen sich diese Roboter vom Menschen trainieren. Die Mensch-Technik-Interaktion wird durch ein eingebautes Display oder die Nutzung von Smart Glasses ermöglicht, sodass sich beispielsweise Fernwartungen durchführen lassen. 

Nicht nur die Roboter selbst werden durch Künstliche Intelligenz schlauer, auch die Entwicklung neuer Roboter macht mit KI einen entscheidenden Schritt vorwärts. Mit den klassischen Methoden beansprucht der Prozess von der ersten Idee bis zum Prototypen bzw. zum marktreifen Produkt mehrere Jahre. KI-basierte Simulationsmodelle dagegen ermöglichen das realitätsnahe Evaluieren neuer Konstruktionen, Sensoren und Algorithmen innerhalb der Simulation. Das beschleunigt Entwicklungsprozesse immens. Die beiden mobilen Transportroboter evoBOT® und O3dyn – Entwicklungen des Fraunhofer IML im Rahmen des Großforschungsprojekts Silicon Economy – sind bereits mit einer KI-basierten Simulation entwickelt worden. Für die Entwicklung von solchen hochdynamischen Systemen wie den beiden Transportrobotern wird das Verhalten der simulierten mit dem der realen Transportfahrzeugen in einer speziellen, besonders geeigneten Testumgebung – mit Hilfe eines High-Performance Motion Capturing – abgeglichen und so das Simulationsmodell optimiert. Reduziert sich die Differenz von Modell und Realität, geht die Simulation in eine digitale Realität für die KI über und der Roboter wird zum CPS-Zwilling (CPS = cyberphysische Systeme) der Simulation. Die virtuellen Repräsentationen der realen Fahrzeuge wurden inzwischen auch als Open Source veröffentlicht.

»Gerade in den Bereichen mobile Robotik und Künstliche Intelligenz macht die Forschung aktuell große Fortschritte. Die Zukunft für intralogistische Transportaufgaben gehört den autonomen mobilen Robotern.«

- Prof. Dr.-Ing. Alice Kirchheim, Institutsleiterin am Fraunhofer IML