Evolution oder Revolution?
Neue Dimensionen der Robotik

Zu den zentralen Aktivitäten des Fraunhofer IML gehört die Entwicklung und Optimierung von intelligenten, autonomen Transportsystemen, die den Materialfluss in Lagerhäusern, Distributionszentren und Fertigungsanlagen revolutionieren. Dabei kommen modernste Robotik- und Automatisierungstechnologien zum Einsatz, die auf Künstlicher Intelligenz (KI) basieren und sich flexibel an verschiedene Anforderungen anpassen lassen. Durch seine Einbindung in zwei Zukunftsinitiativen sind die Forschenden stets am Puls der Zeit.

Robotics Institute Germany (RIG)

Das Fraunhofer IML unterstützt die Vision des Robotics Institute Germany (RIG), die KI-gestützte Robotik weiter voranzutreiben und Deutschland als internationalen Spitzenstandort für Robotik zu positionieren. Durch die enge Zusammenarbeit mit anderen Fraunhofer-Instituten sowie weiteren wissenschaftlichen Einrichtungen und Partnern aus der Industrie trägt das Institut zur Förderung von Talenten, der effizienten Nutzung von Forschungsressourcen und dem Transfer von Forschungsergebnissen in die Praxis bei. Besonders relevant ist die Verknüpfung von Forschung und praktischen Anwendungen, insbesondere in der Logistikbranche, was die Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands im Bereich der Robotik und Künstlichen Intelligenz weiter stärkt. In die Kooperation mit dem RIG bringt das Fraunhofer IML insbesondere seine Expertise aus der Forschung zu Fahrerlosen Transportfahrzeugen und mobilen Robotern sowie in der Entwicklung von Open Source Software und der Anwendung von Verfahren Künstlicher Intelligenz ein.

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Lamarr-Institut

Darüber hinaus engagiert sich das Fraunhofer IML im Bereich der KI-gestützten Robotik im Lamarr-Institut für Maschinelles Lernen und Künstliche Intelligenz, einem von fünf universitären KI-Kompetenzzentren in Deutschland. Das Spitzenforschungsinstitut entwickelt eine neue Generation von Künstlicher Intelligenz, die leistungsfähig, nachhaltig und sicher ist. Mit seiner Infrastruktur unterstützt das Fraunhofer IML die Forschung und Entwicklung von Lösungen, die für zentrale wirtschaftliche und gesellschaftliche Herausforderungen von Bedeutung sind. Das Institut ist insbesondere in die Forschungsbereiche »Planung und Logistik« sowie »Embodied AI« eingebunden. Eine besondere Rolle spielt hier das PACE-Lab, kurz für Positioning Accuracy Communication Evaluation. Das Lab des Fraunhofer IML, das von der institutseigenen Initiative Leistungszentrum Logistik und IT betrieben wird, bietet eine weltweit einzigartige Forschungsumgebung aus hochgenauer Ortung und industriellen Umfeld und damit die optimale Experimentierumgebung für die agile Entwicklung autonomer Systeme im industriellen Kontext.

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Die Forschung des Fraunhofer IML erstreckt sich insbesondere auf den Bereich der autonomen und eingebetteten Systeme. In Gestalt mobiler Roboter und zukünftig vermehrt auch in humanoider Form sind diese ausführende Organe der Logistik. Sie können autonom agieren oder als Teil eines ganzen Systems eingesetzt werden, allein oder in Schwärmen agierend. Ihre Entwicklung wird im Rahmen zahlreicher weiterer Forschungsaktivitäten in den Bereichen Fahrerlose Transportsysteme und Robotik vorangetrieben. Ein Beispiel ist die Intralogistik: Hier gibt es die unterschiedlichsten Transportaufgaben zu lösen. Leistungsfähigere und kleinere Elektronikkomponenten ermöglichen es dabei heute, Fahrzeuge zu bauen, die deutlich flexibler sind als herkömmliche Lösungen.

Dafür nutzt die Forschung einen neuen Ansatz beim Design und bei der Entwicklung der Fahrzeuge: Mechanik, Elektronik und Software werden von Anfang an interdisziplinär zusammengedacht.

Die Interaktion von Menschen mit Fahrerlosen Transportsystemen und mobilen Robotern gewinnt in der Forschung einen immer höheren Stellenwert. Die Forschenden am Fraunhofer IML arbeiten in zahlreichen Projekten und Initiativen mit Forschungspartnern und Unternehmen an innovativen Interaktionskonzepten. Die Betrachtung soziotechnischer Systeme und die Gestaltung intuitiver, nutzerfreundlicher Lösungen, die auf die Akzeptanz der Mitarbeitenden stößt, spielt dabei eine wichtige Rolle. Am Fraunhofer IML wird Automatisierung nicht als Ersatz für menschliche Arbeit gesehen, sondern als Chance, Arbeitsprozesse effizienter zu gestalten. Die Automatisierung richtet sich dabei besonders auf wiederholende, wenig anspruchsvolle Aufgaben oder Bereiche mit Personalmangel, bei denen die Arbeit des Menschen sinnvoll ergänzt und der Mensch unterstützt wird. Statt den Menschen zu ersetzen, geht es darum, durch die Kombination von Mensch und Maschine schnell auf sich verändernde Bedürfnisse in der Wirtschaft und Gesellschaft reagieren zu können.

Der Großteil der zurzeit in der Arbeitswelt eingesetzten Systeme erlaubt es noch, nachzuvollziehen, welche Entscheidungen ein Mensch getroffen hat und welche die Technik. Die Grenze, die zwischen Mensch und Technik verläuft, verschwimmt jedoch, je intelligenter die Systeme werden und je komplexere organisatorische bzw. kognitive Aufgaben sie bewältigen. Der Mensch gibt dann automatisch ein Stück Verantwortung an die Technik ab. Doch wie viel Verantwortung kann, soll und darf der Mensch der Technik übertragen? Welche Informationen bzw. Daten kann, soll und darf er mit der Technik teilen, um diese überhaupt erst in die Lage zu versetzen, verantwortlich zu handeln? Die mit diesen Fragen verbundenen Herausforderungen sind zum einen rechtlicher, zum anderen gesellschaftlicher und ethischer Natur. Die Frage nach der »Maschinellen Verantwortung« steht damit im Raum und muss Gegenstand der Forschung sein.

Die Mobilfunktechnologie der nächsten Generation verspricht, die Möglichkeiten der Robotik in vielerlei Hinsicht zu erweitern. Nachdem 5G durch eine erhebliche Verbesserung bei Latenz und Bandbreite bereits die Fernsteuerung von Robotern und Echtzeitkommunikation ermöglicht hat, wird 6G mit latenzfreien Verbindungen und noch höheren Bandbreiten noch entscheidendere Verbesserungen mit sich bringen. 6G wird zudem leistungsfähigere KI- und Edge-Computing-Ansätze unterstützen, sodass Roboter viele ihrer komplexen Berechnungen direkt am Einsatzort durchführen können, ohne auf Cloud-Daten angewiesen zu sein.

Das Fraunhofer IML arbeitet vor diesem Hintergrund auch im Forschungsprojekt »6GEM – open – efficient – secure – safe«, gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung, mit. Das Projekt soll den Mehrwert von 6G-Systemen für Gesellschaft und Industrie in verschiedenen Testfeldern verdeutlichen. Zu den Erfolgen gehört der Aufbau eines Digitalen Zwillings, der nicht nur eine Forschungshalle abbildet, sondern auch Komponenten wie die Netzwerkqualität der Kommunikationsverbindung zwischen Robotersystemen und die Robotersysteme selbst darstellt.

Das Netz, aus dem die Träume sind

Betriebssystem für die Intralogistik

Im Rahmen des Großforschungsprojekts Silicon Economy, gefördert vom Bundesministerium für Digitales und Verkehr, hat das Fraunhofer IML die Community »Automation und IoT« aufgebaut und erforscht hier neue Technologien für die Supply Chain. Dabei haben die Forschenden bereits ein Offenes Logistisches-Betriebssystem für Dynamische Systeme – kurz: LogOS – entwickelt. LogOS soll die Integration heterogener Fahrzeugflotten an diverse IT-Systeme durch entsprechende standardisierte Schnittstellen und die Abbildung der Prozesse über eine entsprechende Systemsprache für die Flottencontroller vereinfachen.

Auf der Basis dieser Ergebnisse haben die Forschenden das Flottenmanagement-System Aulis für Fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF) und autonome mobile Roboter (AMR) entwickelt. Die modulare Architektur des herstellerunabhängigen Systems ermöglicht eine einfache maßgeschneiderte Anpassung an spezifische Anwendungsbedürfnisse und die Einbindung von FTF oder AMR unterschiedlichster Hersteller in die bestehende IT-Infrastruktur.

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Eine weitere Entwicklung aus der Silicon Economy ist die libVDA5050++. Sie bietet eine generische Open Source-Umsetzung des von VDA und VDMA entwickelten VDA5050-Standards, einer Schnittstelle zur Vereinheitlichung der Kommunikation zwischen Fahrerlosen Transportsystemen bzw. Fahrzeugen (FTS/FTF) und einer Leitsteuerung. Herstellern von FTF haben damit die Möglichkeit, ihre Fahrzeuge schnell und ohne größere Aufwände auf den Standard umzurüsten.

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Automatisierung in der Luftverkehrslogistik

In der Luftfracht stellen die Digitalisierung, die Automatisierung sowie die Verbesserung der Datenschnittstellen wichtige Herausforderungen für eine ökonomisch, ökologisch und sozial nachhaltige Entwicklung dar. Mit dem »Digitalen Testfeld Air Cargo« (DTAC), gefördert vom Bundesministerium für Digitales und Verkehr, wurde ein neutraler deutschlandweiter Forschungsrahmen geschaffen, der unter Führung des Fraunhofer IML und der Frankfurt University of Applied Sciences luftfrachtspezifische Forschungsaktivitäten bündelt und Digitalisierungsansätze in den verschiedenen Prozessabschnitten aufzeigt und verfügbar macht. Im Bereich der Automatisierung konzentriert sich das Projekt auf die Bereiche Disposition, Handling und Transport.

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Automatisierung in Wertschöpfungsnetzwerken

Ein transparenter und gleichzeitig souveräner Datenaustausch ist die Basis für eine unternehmensübergreifende Automatisierung und Autonomisierung der Leistungserstellung, der Prozessausführung und des Zahlungsverkehrs. Die Kombination von KI und Blockchain kann diese Herausforderung angehen: Während die Blockchain-Technologie das Vertrauen in die Herkunft von Daten sicherstellt, kann KI die Validierung von Daten vor deren Speicherung auf der Blockchain unterstützen. Im Projekt SKALA (Skalierbare KI- und Blockchain-Lösungen zur Automatisierung und Autonomisierung in Wertschöpfungsnetzwerken), gefördert vom Bundesministerium für Digitales und Verkehr, wird am Fraunhofer IML erforscht, welche KI- und Blockchain-Lösungen dabei den größten Mehrwert bieten.

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