Bei Robotik und Industrie 4.0 steht die Schweiz gut da

GS1 network: Wie nah an industrieller Verwendung sind ihre derzeitigen Forschungen?
Prof. Dr. Roland Siegwart: Unser Forschungsschwerpunkt liegt auf autonomen mobilen Robotern, die fahren, laufen oder fliegen. Beispiele sind autonome Autos und Helikopterdrohnen, Solarflugzeuge, die tagelang in der Luft bleiben können, oder Roboterarme auf Rädern, die künftig Aufgaben in der Industrie oder Logistik übernehmen können. Wir fokussieren also auf Roboter, die sich in verschiedensten Umgebungen selbstständig bewegen und zurechtfinden. Das ist vor allem für die Automatisierung ausserhalb der Produktionshalle interessant. Anwendungen sehe ich beispielsweise in der Logistik, Mobilität, Landwirtschaft oder für Such- und Rettungseinsätze.

Warum wurde genau dieses Gebiet gewählt?
Autonome mobile Roboter sind Systeme, die dank ihrer Mobilität sehr breit eingesetzt werden können, auch für Aufgaben aus unserem täglichen Umfeld. Bis sie funktionieren, sind sehr viele spannende Forschungsfragen zu lösen, die von der autonomen Bewegung und Navigation in komplexen Umgebungen bis zur Mensch-Maschine- Interaktion reichen. Autonome mobile Roboter sind diejenigen Maschinen, die dem Menschen am nächsten kommen.

Als Zukunft der Produktion wird oft das Konzept von Industrie 4.0 mit ihrem hohen Automatisierungsgrad gesehen. Was verstehen Sie unter Industrie 4.0 und wie bewerten Sie die Vision?
Industrie 4.0 ist die natürliche Weiterentwicklung der industriellen Produktion mit den neuen Möglichkeiten der Digitalisierung: Erfassen von Daten und deren intelligente Auswertung durch vernetzte Maschinen. Das macht die Produktion effizienter und zuverlässiger. Maschinen werden bereits repariert, bevor sie ausfallen. Die Qualität der produzierten Güter wird entlang des gesamten Produktionsprozesses überwacht und analysiert. Industrie 4.0 hat aus meiner Sicht schon lange begonnen und ist eine kontinuierliche Weiterentwicklung der industriellen Produktion.

Was ist aus Ihrer Sicht der nächste Meilenstein auf dem Weg zu einer Industrie 4.0?
Im Zusammenhang mit Industrie 4.0 gibt es selbstverständlich viele offene Fragen und Technologieschritte. Da es sich aus meiner Sicht aber um eine natürliche und kontinuierliche Weiterentwicklung der Automatisierung handelt, sehe ich keine grossen Meilensteine, sondern einfach ständige Schritte in Richtung stärker vernetzter Maschinen und besserer Analyse und Nutzung der Prozessdaten.

Inwieweit bilden intelligente Robotersysteme das Rückgrat für Industrie 4.0?
In den meisten Diskussionen über Industrie 4.0 steht nicht die Robotik im Zentrum, sondern die Vernetzung von Maschinen und Prozessdaten. Dennoch spielen Roboter in heutigen und zukünftigen Produktionsprozessen eine wichtige Rolle und sie nutzen, anders als andere Produktionsmaschinen, bereits heute Sensoren und Prozessinformationen recht stark.

Welche Schwierigkeiten bestehen bei der Vernetzung der Systeme – firmenintern, aber auch entlang der firmenübergreifenden Wertschöpfungskette?
Das Vernetzen von Maschinen alleine bringt noch keine Vorteile. Die Herausforderungen liegen bei der Verarbeitung von Daten. Sensoren können heute viele Prozessdaten messen und zentral verfügbar machen. Die Auswahl und Analyse der relevanten Messdaten ist jedoch anspruchsvoll. Welche Messdaten sind ein Anzeichen für den baldigen Ausfall einer Maschine oder eine fehlerhafte Produktion? Um das zuverlässig zu erkennen, ist eine Kombination aus Expertenwissen und lernenden Systemen nötig. Es gibt zwar schon interessante Ansätze und Resultate, aber auch noch sehr viele offene Fragen.

Wie sieht es in der Schweizer Wirtschaft diesbezüglich aus?
Die grossen und mittelgrossen Firmen der Schweizer Exportindustrie sind aus meiner Sicht gut aufgestellt. Vielen traditionellen Kleinbetrieben fehlen hingegen die Mittel und die Expertise für die rasche Umsetzung digitaler Technologien.

«Standards sind generell für die Vernetzung von Maschinen und Dingen wichtig. Ohne eine gemeinsame Sprache ist der Daten- und Informationsaustausch schwierig.»

Welche Rolle spielen Standards in diesem Umfeld?
Ich bin zwar kein Spezialist für Standards, aber sie sind generell für die Vernetzung von Maschinen und Dingen wichtig. Ohne eine gemeinsame Sprache ist der Daten- und Informationsaustausch schwierig.

Gibt es Gebiete, in denen der Einsatz von Standards deutliche Verbesserungen bedeuten würde?
Unsere Forschung bewegt sich in Bereichen, für die es meist noch keine Standards gibt. Generell sollte man neuen Technologien lieber Zeit zur Entwicklung geben und die Innovation nicht zu rasch durch Standards und Regulierungen hemmen.

Wo steht die Robotik heute?
Industrieroboter haben sich in der Produktion schon lange etabliert. Vergangenes Jahr wurden weltweit rund 350 000 Industrieroboter installiert, jährlich werden es 20 Prozent mehr. Die nächste Generation von Robotern dürften jedoch vor allem Serviceroboter sein, die uns im täglichen Leben unterstützen. Das reicht von den kleinen Staubsaugerrobotern, die es schon seit zehn Jahren gibt, bis zu autonomen Fahrzeugen, die in naher Zukunft sehr sicher sein werden. Jüngst haben sich Drohnen rasant entwickelt. Tausende fliegen bereits für die professionelle Vermessung der Landwirtschaft, Hunderttausende werden an Privatpersonen verkauft.

Was können Roboter heute?
Roboter können mit höchster Präzision Autos und andere Produkte bauen, werden nie müde und sind sehr zuverlässig. Im Gegensatz zu den ersten Robotern, die noch «blind» waren, können sie heute mit verschiedenen Sensoren die Welt wahrnehmen und auf Überraschungen und Ungenauigkeiten reagieren. Mobile Roboter können mithilfe ihrer Kamerabilder und anderer Sensoren Pläne aufbauen und sich danach selbstständig in komplexen Umgebungen zurechtfinden. In Forschungslabors lernen Roboter, immer besser selbstständig Objekte zu klassifizieren und zu greifen. Roboter sind aber noch sehr weit weg von der breiten Fähigkeitspalette des Menschen. Sie können zwar repetitive und strukturierte Aufgaben in der Fertigung teilweise besser ausführen als wir, sind aber noch lange nicht so weit, die Welt zu verstehen oder feinfühlig mit Objekten und Menschen zu interagieren.

Welche Fähigkeiten werden Roboter in zehn oder zwanzig Jahren haben?
Es war schon immer die Vision der Roboterforschung, Systeme zu entwickeln, die den menschlichen Fähigkeiten möglichst nahe kommen. Heute weiss man, dass das sehr schwierig ist und es nur langsame Fortschritte gibt. Ich erwarte auch in den nächsten Jahren keine Revolution bei den Fähigkeiten von Robotern. Realistisch sind kleine Schritte in Richtung mehr Selbstständigkeit und Intelligenz. Auch in zehn Jahren werden wir kaum den universellen Haushaltsroboter haben, der kocht, putzt und wäscht.

Aber was ist in zehn Jahren realistisch?
In zehn Jahren können Roboter und autonome Fahrzeuge in den meisten Bereichen unserer Welt selbstständig fahren und Transportaufgaben übernehmen. Roboter kochen und servieren in Restaurantketten wie McDonalds. Sie putzen Hallen und Fenster, bereiten in Onlineshops Pakete vor und verschicken diese. Sie überwachen Landwirtschaftsflächen permanent und ermöglichen dadurch nachhaltig höhere Erträge. Sie arbeiten an gefährlichen Orten wie Minen, unterstützen Feuerwehr und Polizei und erledigen vieles mehr. Die Roboter geben uns Menschen mehr Zeit für Aufgaben, die Kreativität, Einfühlungsvermögen, Taktilität und zwischenmenschlichen Austausch erfordern.

Welche Rolle spielt die künstliche Intelligenz bei der Verbesserung der Robotik?
Neben Mechanik, Sensoren und Motoren ist auch die künstliche Intelligenz sehr wichtig für Roboter. Speziell die nächste Generation von Robotern, die mit der ganzen Komplexität unseres täglichen Umfelds konfrontiert sein wird, muss über Interaktion Neues lernen und mit beschränkten und unsicheren Informationen richtige Entscheidungen treffen können. Künstliche Intelligenz wird das unterstützen, aber natürlich nicht alle Probleme schlagartig lösen.

Wo stehen wir heute in der Entwicklung autonomer Systeme?
Autonomie heisst, selbstständig komplexe Probleme lösen zu können. Die Autonomie von Robotern ist heute auf einfache, stark strukturierte Probleme beschränkt. Roboter können zwar selbst Pläne entwerfen und sich darin lokalisieren. Sie verstehen die Welt aber nicht wirklich. Sie können komplexe und vielfältige Aufgaben nicht autonom abarbeiten und haben Mühe damit, selbst Neues zu lernen. Wir Menschen können all das mühelos und sehr zuverlässig.

Wann werden autonome Autos wirklich funktionieren? Werden sie jemals unfallfrei fahren?
In relativ strukturierten Umgebungen, also auf Autobahnen oder Landstrassen, funktionieren autonome Fahrzeuge schon heute recht zuverlässig. Es braucht aber noch einige Jahre, bis die jetzt entstehenden Erfahrungen aus Millionen Kilometern in neue Fahrzeuggenerationen integriert werden können. Die rechtlichen Aspekte beim Einsatz autonomer Fahrzeuge sind dadurch aber noch nicht gelöst. Es wird nochmals länger brauchen, bis autonome Fahrzeuge im komplexen Verkehrsgeschehen von Innenstädten zuverlässig unterwegs sind. Dafür müssen sie erst die Zeichen anderer Verkehrsteilnehmer wie Motorradfahrer, Radfahrer oder Fussgänger zuverlässig erkennen können. Es wird aber der Tag kommen, an dem man sich die Frage stellen muss, ob Menschen noch selbst fahren dürfen, weil autonome Fahrzeuge wesentlich sicherer sein werden.

Welche Auswirkungen hat die Robotik auf Mensch und Gesellschaft?
Roboter sind Maschinen, die uns gefährliche, eintönige und unangenehme Arbeiten abnehmen. Sie machen Produktion und Service effizienter. Wenn wir diese neuen Technologien optimal einsetzen, können wir viel gewinnen. Speziell die Schweiz, die oft als Silicon Valley der Robotik bezeichnet wird, kann sich mit der Robotik neue Geschäftsfelder mit hoher Wertschöpfung erschliessen und spannende neue Arbeitsplätze schaffen. Aus meiner Sicht muss sich die Gesellschaft zwar keine Sorgen wegen der Technologie machen, sollte sie aber immer kritisch hinterfragen und zum Wohl der Menschheit nutzen.

Wird sich der Mensch durch die Technologie verändern?
Ja, der Mensch und die Gesellschaft ändern sich mit jedem Technologieschritt. Auch intelligente Maschinen und Roboter werden unser Leben verändern. Sie werden viele neue Chancen eröffnen, aber auch einige Herausforderungen bringen.

Werden Maschinen in absehbarer Zeit abseits von Inselanwendungen intelligenter als Menschen sein?
Nein, ich glaube nicht, dass Maschinen in absehbarer Zeit nur annähernd die Diversität, Universalität, Interaktivität oder Kreativität des Menschen erreichen werden. Menschliche Intelligenz besteht nicht einfach aus Rechnen und dem Verarbeiten grosser Datenmengen. Menschliche Intelligenz hat mit Empathie, Gefühlen, Intuition, Menschlichkeit und vielem mehr zu tun. Computer können aber auch vieles besser als wir, und das ist gut so. Wer von uns möchte noch den ganzen Tag Zahlen addieren oder Autos lackieren?

Brauchen wir in Zukunft Gesetze für Roboter und künstliche Intelligenz?
Ja, wie bei allen neuen Technologien brauchen wir auch bei Robotern und künstlicher Intelligenz Gesetze, die deren Einsatz regeln. Neue Technologien sind meist nicht grundsätzlich gefährlich, sondern werden leider von Menschen missbraucht.

Wünschen Sie sich privat einen Roboter? Welche Aufgaben sollte er erfüllen?
Wie wahrscheinlich die meisten von uns hätte ich gerne einen Roboter, der bei mir zu Hause aufräumt, putzt und abwäscht. Leider wird es einen solchen Universalroboter noch lange nicht geben. Für die Menschheit wünsche ich mir Roboter, die eine nachhaltigere Landwirtschaft ermöglichen und Menschen bei gefährlichen Arbeiten auf Baustellen, bei Rettungseinsätzen oder im Bergbau unterstützen. Daran arbeiten wir mit unserer Forschung.

Die Fragen stellten Alexander Saheb und Joachim Heldt.