Robotik
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Die Robotik befasst sich mit der Steuerung und Entwicklung von Robotern und umfasst Teilgebiete der Informatik (insbesondere der Künstlichen Intelligenz), der Elektrotechnik und des Maschinenbaus. Ziel der Robotik ist es, durch Programmierung ein gesteuertes Zusammenarbeiten der Roboter-Elektronik und Roboter-Mechanik herzustellen.
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[Bearbeiten] Klassen
Die Japan Robot Association (JARA) unterscheidet folgende Roboterklassen:
- Manual Manipulator: Handhabungsgerät, das kein Programm hat, sondern direkt vom Bediener geführt wird.
- Fixed Sequence Robot: Handhabungsgerät, das wiederholt nach einem konstanten Bewegungsmuster arbeitet. Das Ändern des Bewegungsmusters ist relativ aufwendig.
- Variable Sequence Robot: Handhabungsgerät, wie vorher beschrieben, jedoch mit der Möglichkeit, den Bewegungsablauf schnell und problemlos zu ändern.
- Playback Robot: Der Bewegungsablauf wird diesem Gerät einmal durch den Bediener vorgeführt und dabei im Programmspeicher gespeichert. Mit der im Speicher enthaltenen Information kann der Bewegungsablauf beliebig wiederholt werden.
- Numerical Control Robot: Dieses Handhabungsgerät arbeitet ähnlich wie eine NC-gesteuerte Maschine. Die Information über den Bewegungsablauf wird dem Gerät über Taster, Schalter oder Datenträger zahlenmäßig eingegeben.
- Intelligent Robot: Diese höchste Roboterklasse ist für Geräte gedacht, die über verschiedene Sensoren verfügen und damit in der Lage sind, den Programmablauf selbsttätig den Veränderungen des Werkstücks und der Umwelt anzupassen.
[Bearbeiten] Geschichte
Bereits in der Antike wurden erste Versuche mit Automaten durchgeführt. Bekannt sind etwa automatische Theater und Musikmaschinen erdacht durch Heron von Alexandria, oder die fliegende Taube von Archytas von Tarent.
Mit dem Niedergang der antiken Kulturen verschwanden temporär auch die wissenschaftlichen Erkenntnisse dieser Zeit. Erst nach dem Mittelalter erhielten technische Erfindungen und Wissenschaften wieder einen höheren Stellenwert. So sind Aufzeichnungen und Skizzen Leonardo da Vincis aus dem 15. Jahrhundert über Androiden bekannt. Natürlich reichte der technische Kenntnisstand der damaligen Zeit noch nicht aus, um derartige Pläne auch zu realisieren.
Um 1740 konstruierte und erbaute Jacques de Vaucanson bereits einen flötenspielenden Automaten, eine automatische Ente, sowie den ersten programmierbaren vollautomatischen Webstuhl. In der Literatur wird letzterer Verdienst oft auch Joseph-Marie Jacquard um 1805 zugeschrieben.
Ende des 19. Jahrhunderts wurden in diesem Bereich besondere Anstrengungen im Militärwesen unternommen (fernbedienbare Boote, Torpedosteuerungen). Der Schriftsteller Jules Verne schreibt eine Geschichte über eine Menschmaschine.
1920 führte der Schriftsteller Karel Čapek den Begriff Roboter für einen Androiden ein.
Nach Ende des 2. Weltkrieges erfuhr der Bereich der Robotik rasante Fortschritte. Ausschlaggebend dafür waren sicherlich auch die Erfindung des Transistors um 1947 in den Bell Laboratories, integrierte Schaltkreise und in weiterer Folge die Entwicklung leistbarer, leistungsstarker und standfester Computer.
Ab ca. 1955 kamen erste NC-Maschinen auf den Markt.
1954 meldet George C. Devol in den USA ein Patent für einen programmierbaren Manipulator an, dieses Datum gilt als Geburtsstunde für die Entwicklung von Industrierobotern. Devol war auch Mitbegründer der Firma Unimation, die 1960 den ersten hydraulisch betriebenen Industrieroboter vorstellte.
1968 wird am MIT der erste mobile Roboter entwickelt.
In Deutschland wurde die Robotertechnik erst ab Anfang der 1970er Jahre produktiv eingesetzt.
Um 1970 wurde auch der erste autonome mobile Roboter Shakey (der Zittrige) am Stanford Research Institute entwickelt.
Im Jahr 1973 wurde an der Waseda-Universität Tokio die Entwicklung des humanoiden Roboters Wabot 1 gestartet.
1974 wurde der erste vollständig elektrisch angetriebene Roboter (IRb6) von ASEA vorgestellt und eingeführt.
Im Jahre 1986 startete Honda das Humanoid Robot Research and Development Program. Ergebnis waren die humanoiden Roboterversionen P1 bis P3. Eine Weiterentwicklung stellte Honda 2001 in Form des humanoiden Roboter ASIMO vor.
1997 landete der erste mobile Roboter auf dem Mars (Sojourner).
Auch die Spielzeugindustrie hat sich der Robotik nicht verschlossen. Aktuelle Beispiele für derartige Erzeugnisse sind Lego Mindstorms, Robonova oder der Roboterhund Aibo der Fa. Sony.
[Bearbeiten] Roboter heute
Die Robotik ist eine wissenschaftliche Disziplin, die sich mit der Entwicklung von Robotern beschäftigt. Dabei spielen die mechanische Modellierung, die Regelung und die elektronische Steuerung eine wesentliche Rolle. Die mechanische Modellierung eines Roboters basiert meistens auf Methoden der Mehrkörpersysteme bzw. Mehrkörperdynamik, während der Entwurf der Regelung für Roboter dem Gebiet der Automatisierungstechnik entstammt.
Es werden mittlerweile alternative Techniken zum Rad als Fortbewegungsmittel in der menschlichen Umgebung erforscht, wie z. B. das Gehen auf sechs, vier, zwei oder auch einem Bein. Während Industrieroboter in einer auf sie angepassten Umgebung meist handwerkliche oder Handhabungs-Aufgaben erledigen, sollen derartige Serviceroboter Dienstleistungen für und am Menschen erbringen. Dazu müssen sie sich in der menschlichen Umgebung bewegen und zurecht finden können, was Gegenstand wissenschaftlicher Forschung ist.
Wie ein Spiel anmutend, aber mit ernsthafter wissenschaftlicher Forschung als Hintergrund sind Roboter-Fußballspiele zwischen Mannschaften gleichartiger Roboter. Ziel der Forscher ist es bis 2050 eine Fußballmannschaft aus autonomen zweibeinigen Robotern zu entwickeln, die gegen den Fußball-Weltmeister antreten kann.
Industrieroboter werden meist in für den Menschen zu gefährlichen oder unzumutbaren Umgebungen eingesetzt. Moderne Roboter erledigen heute stupide Fließbandarbeit schneller und wesentlich genauer als ein Mensch und können ihn in immer mehr Bereichen ersetzen (Automatisierung). Autos werden heutzutage mit starker Beteiligung von Robotern gebaut, und auch ein moderner Mikroprozessor wäre ohne einen Roboter nicht mehr herstellbar. Serviceroboter werden seit einiger Zeit eingesetzt, um den Menschen den Alltag zu erleichtern oder um sie zu unterhalten, wie z. B. der Robosapien. Es gibt bereits Haushalts-Roboter, die in der Lage sind, Staub zu saugen, den Boden zu wischen oder den Rasen zu mähen. Sie sind zwar nur auf eine einzige Aufgabe spezialisiert, können diese aber relativ autonom durchführen. Forschungsroboter erkunden unter anderem ferne Planeten oder Katastrophengebiete und dringen in Vulkane oder Abwasserrohre vor. Utopien von Robotern, die uns die Arbeit abnehmen, scheinen langsam Realität zu werden.
Bisher noch reine Spekulation sind jedoch winzige Nanoroboter, die sich im Blutkreislauf bewegen können. Jedoch sind auch sonst in der Medizin Roboter auf dem Vormarsch und führen bereits Operationen durch oder verrichten einfache Tätigkeiten in Krankenhäusern.
Erste Unterhaltungsroboter wie der Roboter-Hund Aibo von Sony sind ein Schritt zum elektronischen Haustier. Neben Aibo gibt es weitere Roboterprodukte der Spielzeug- und Unterhaltungsindustrie, die mit einem Computer in einer meist einfachen Sprache programmiert werden können, um zum Beispiel einer Lichtquelle oder einem Strich auf dem Boden zu folgen oder farbige Bauklötze zu sortieren.
Eine weitere Hobbyrichtung ist der Eigenbau von Robotern. Dies kann unterstützt durch vorbereitete Roboterbausätze erfolgen oder aber nach freier Fantasie. In diesem Fall muss man beispielsweise ein Auto-ähnliches Fahrzeug selbst konstruieren, mit geeigneten Sensoren Entfernungen zum Ziel oder die Farbe des Untergrundes bestimmen und aus diesen Messergebnissen einen Kurs ermitteln, den das Fahrzeug fahren soll. Die eigentliche Aufgabe besteht darin, die Sensordaten mit Geschwindigkeit und Richtung des Fahrzeugs zu verknüpfen. Das erfolgt in einem Microcontroller, der selbst programmiert werden muss. Die erforderliche Elektronik wird in unterschiedlicher Ausführung als C-Control oder ROBOprogy angeboten. Bekannte, aber auch sehr aufwändige Vorbilder sind die Rover (Raumfahrt).
Viele fasziniert z. B. der Bau von „Kampfrobotern“, die ferngesteuert mit martialischen Waffen einander zu zerstören versuchen. Da diese Maschinen ferngesteuert werden und keine nennenswerte eigene Intelligenz besitzen, handelt es sich dabei bisher nicht um Roboter im eigentlichen Wortsinn.
Roboter sind auch ein beliebter Gegenstand in der Science-Fiction. Dort gibt es menschenartige Roboter, die oft über künstliche Intelligenz verfügen. Sind sie auch noch reine Fiktion, so prägen Isaac Asimovs Robotergesetze durchaus schon das Denken über Roboter.
Eine zusätzliche, bereits in sehr einfacher Form realisierte Variation des Roboters ist der Cyborg als Verschmelzung von Roboter-Technologie mit der menschlichen Anatomie. Androiden – künstliche menschenähnliche Wesen – können Roboter sein, Roboter müssen aber nicht unbedingt Androiden sein. Ein erster weit entwickelter Ansatz ist der Roboter ASIMO der Firma Honda.
[Bearbeiten] Robotik und Militär
Zuletzt stellen auch in der Militärtechnologie unbemannte Drohnen, oder Roboter zur Kriegsführung keine Science Fiction mehr dar, sondern Realität. Die DARPA Militär-Hightech-Agentur des Pentagon hat erstmals im Juni 2004 im Grand Challenge ein Preisgeld von eine Million US-Dollar ausgeschrieben. Die unbemannten Fahrzeuge der Teilnehmer sollten selbstständig in 10 Stunden quer durch die Mojawewüste ein Ziel in 175 Meilen Entfernung erreichen. Obwohl das erfolgreichste Fahrzeug nur 11 Meilen weit kam und danach umkippte und in Flammen aufging, wurde das Preisgeld auf zwei Millionen US-Dollar für den nächsten Wettbewerb erhöht. Bei der Wiederholung des Wettbewerbs 2005 erreichten bereits vier Fahrzeuge das Ziel. Das Siegerfahrzeug erreichte eine Durchschnittsgeschwindigkeit von knapp 30km/h.
[Bearbeiten] Robotik und Religion
In ihrem Buch „Fragen an den Buddhismus“ beschreibt die buddhistische Nonne Thubten Chodron folgende Situation: Seine Heiligkeit der Dalai Lama erwiderte auf die Frage, ob ein Roboter jemals Bewusstsein entwickeln könne, dass dann aus einem Roboter ein empfindendes Wesen werden könnte, wenn ein Computer Bewusstsein körperlich unterstützte, und ein Wesen ein Karma hätte, das in einem Computer geboren werden könnte. Pflanzen ist dieses leider versagt.
[Bearbeiten] Robotik und Sicherheit
Sicherheit ist relativ
Sicherheitsrichtlinien für Roboter ergeben sich aus dem jeweiligen Einsatzbereich und dem Robotertyp. Industrieroboter werden durch gesetzlich vorgeschriebene Sicherheitsvorkehrungen wie Käfige, Gitter, Lichtschranken oder anderen Barrieren abgesichert. Mit zunehmender Autonomie jedoch benötigen gegenwärtige oder zukünftige, komplexere Robotersysteme den Umständen entsprechend angepasste Sicherheitsvorkehrungen. Durch den vielfältigen Einsatz von Robotern ist es jedoch utopisch, universelle Sicherheitsregeln für alle Roboter aufzustellen. Auch die von Science-Fiction-Autor Isaac Asimov in seinen Romanen aufgestellten „Drei (bzw. vier) Regeln der Robotik“ (Robotergesetze) können nur als ethische Richtlinien für eine mögliche Programmierung verstanden werden, da unvorhersehbare Situationen vom Roboter nicht kalkulierbar sind. Je autonomer ein Roboter im Umfeld des Menschen agiert, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass Lebewesen oder Gegenstände zu Schaden kommen werden. Ebenso leidet die Vorstellung, Robotern den Schutz menschlichen Lebens oder gar menschlicher Gesundheit, unter der moralisch schwierigen Auslegung von Schutz. Dass hier keine absoluten Werte programmiert werden können, zeigt sich parallel in der Diskussion über das Spannungsverhältnis zwischen Schutz und Bevormundung, siehe Nanny-State. Die Gefährlichkeit eines Roboters ergibt sich zuletzt aus dem Zusammenspiel zwischen physiologischer Beschaffenheit, Kondition (dazu gehören auch Sensorik, Reaktionsgeschwindigkeit, Schnelligkeit, Gelenkigkeit), und softwarespezifischen Faktoren wie Lernfähigkeit und -geschwindigkeit, Assoziationsvermögen, Intelligenz et cetera. Schwierigkeiten in der Sicherheitsprogrammierung eines Roboters bestehen auch darin, dass ethische Werte als Grundlage des Handelns nicht absolut sind, sondern ein Kompromiss in potentiell gegenläufigen Interessen zwischen Besitzer und Gesellschaft darstellen. Es ist denkbar, dass ein privater Serviceroboter per Gesetz in gegebenen Notlagen den Schutz gesellschaftlich als wichtig eingestufter Individuen oder Gruppen über den Schutz seines Eigentümers stellen muss.
Gefährliche Roboter
Zur Gruppe der Roboter gehören auch autonome Waffen- oder Aufklärungssysteme wie Smart Bombs, unbemannte Dronen, Wachroboter oder zukünftig denkbare autonome Kampfroboter. Werden solche gefährlichen Maschinen zur Kriegführung verwendet, wird die Frage nach ethischen Werten in der Programmierung überflüssig und zeigt deutlich, dass die Forderung nach universellen Sicherheitsmaximen für alle Robotertypen nur eine romantische Illusion darstellen. Die Berücksichtigung ethischer Werte in der Verwendung von Robotern ist auch kein Thema, dem die Menschheit erst in der Zukunft gegenüberstehen wird. Bereits im zweiten Weltkrieg wurden Schiffe durch Torpedos mit Navigationssystem versenkt, oder Gebäude durch V1 Raketen zerstört, die durch ihre Funktionsweise nach dem Input, Processing, and Output der Definition eines Roboters entsprechen. Auch gegenwärtig werden Menschen gezielt von komplexen, autonom agierenden Maschinen direkt oder indirekt verletzt oder getötet.
Unfälle
Die meisten Unfälle mit Robotern entstehen während der Wartung oder Programmierung des Roboters, nicht etwa im geregelten Betrieb. Am 21. Juli 1984 wurde in Michigan USA, der erste Mensch von einem Industrieroboter getötet. Der Roboter bewegte Werkstücke einer Druckgussmaschine. Der 34 Jahre alte Fabrikarbeiter hatte bereits 15 Jahre Arbeitserfahrung im Druckgießen und erst drei Wochen vor dem Unfall eine einwöchige Roboterschulung abgeschlossen. Er wurde zwischen der vermeintlich sicheren Rückseite des Roboters und einem Stahlpfosten zu Tode gedrückt, als er gegen jede Warnung in den Gefahrenbereich des Roboters kletterte, um verstreute Produktionsreste zu entfernen. Das US-amerikanische National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) bietet Richtlinien für Roboterkonstruktion, Training und Anleitung der Mitarbeiter.
[Bearbeiten] Roboter als Steuereinheiten komplexer Systeme im Film
- HAL 9000 – 2001: Odyssee im Weltraum (1968)
- Colossus und Guardian – in Colossus
- Die sprechenden Bomben – in Dark Star (dt. Titel auch Dark Star – Finsterer Stern)
- Edgar in Electric Dreams 1984 – Mensch und Computer (Edgar) buhlen um die Gunst einer Frau.
- „Red Queen“ in Resident Evil. Die Red Queen kommt jedoch im zweiten Teil Resident Evil: Apocalypse nicht mehr vor.
- VIKI in I, Robot. Dieser basiert auf einem positronischen Gehirn, auf welchem auch die Roboter NS-5 in dem Film aufsetzen.
- Andrew in Der 200 Jahre Mann basiert ebenfalls wie die NS-5 auf einem positronischen Gehirn.
[Bearbeiten] Humanoide Roboter in Film und Fernsehen
- Die falsche Maria – Metropolis (1927)
- Gort – Der Tag, an dem die Erde stillstand (1951)
- Der erste Roboter, der nicht humanoides Aussehen hat – 1953 GOG
- Robby – Alarm im Weltall (1956)
- „Der Roboter“ – Lost in Space (1965–1968)
- RX2714 – Raumpatrouille Orion (1966)
- Die Roboterpolizeieinheiten – THX 1138 (1971)
- Huey, Dewey und Louie – Lautlos im Weltall (1972)
- Robbi – Robbi, Tobbi und das Fliewatüüt (1972)
- Der Schläfer, eine Parodie über das Sci-Fi Genre (1973)
- Westernheld (Yul Brynner) in Westworld (1973)
- diverse in Futureworld (1976)
- Die Frauen von Stepford (1975)
- C-3PO und R2-D2 – Star Wars (1977)
- Maximilian und Vincent – Das Schwarze Loch (1979)
- Ash – Alien (1979)
- Der Android in Alien – Die Wiedergeburt (1997)
- Die Replikanten in Blade Runner (1982) basierend auf einer Kurzgeschichte von Philip K. Dick
- Klaus Kinski als Android in Der Android (1982)
- Tron (1982), Meilenstein in der Geschichte der Computeranimation
- Roboterspinnen in Runaway-Spinnen des Todes (1984)
- T-800 in Terminator (1984)
- Johnny 5 in Nummer 5 lebt! (1986) und Nummer 5 gibt nicht auf! (1988)
- Lt. Cmdr. Data – Raumschiff Enterprise: Das nächste Jahrhundert (seit 1987)
- Der Gigant aus dem All (1999), Cartoon
- R. Andrew Martin – Der 200 Jahre Mann (1999) nach einer Kurzgeschichte von Isaac Asimov
- Die Replikatoren, eine zellulär aufgebaute und reproduktionsfähige Roboterrasse in der Science-fiction-Fernsehserie Stargate SG1 (2000)
- diverse in A. I. – Künstliche Intelligenz (2001)
- Sonny in I, Robot (2004), inspiriert von Kurzgeschichten von Isaac Asimov
- Marvin, in Per Anhalter durch die Galaxis (2005), nach dem gleichnamigen Roman von Douglas Adams
[Bearbeiten] Roboter-Wettbewerbe
- Grand Challenge
- RoboGames
- Robo-One
- Robocup
- Deutscher RoboCup Junior
- RoboKing
- Robolympics
- Eurobot
- Robochallenge
- FirstLegoLeague
- Robotchallenge in Wien
- RobotLiga in Kaiserslautern
[Bearbeiten] Siehe auch
| Wiktionary: Roboter – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme und Übersetzungen |
- Automat
- ASURO
- Biomechatronik
- Bot
- Gotthard Günther
- Humanoide, Humanoide Roboter
- Laufmaschine
- Künstliche Intelligenz in der Sciencefiction
- Mechatronik
- Robot
- Robot Hall of Fame
- Roboterbausatz
- Robotman
- SWORDS
[Bearbeiten] Literatur
- Heinz W. Katzenmeier: Reinigungsroboter selbstgebaut, Elektor-Verlag 2006, ISBN 3895761664
- Heinz W. Katzenmeier: Grundlagen der Robotertechnik, Elektor-Verlag 2004, ISBN 3895761478
- Alois Knoll, Thomas Christaller: Robotik, Fischer Verlag, Frankfurt am Main 2003, ISBN 3596155525
- Manfred Husty, Adolf Karger, et.al: Kinematik und Robotik, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg 1997, ISBN 354063181X
[Bearbeiten] Weblinks
- Zum Stand der Technik androider Roboter
- http://www.roboternetz.de/ Große Robotik Community mit viel Informationen
- http://www.elektronik-projekt.de/
- TU Robotik AG aus Dresden
- http://www.mindrobots.de/
- http://www.qfix.de/ Roboterbausätze für Hobby und Ausbildung
- Verzeichnis von vielen Laufrobotern weltweit
- Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Robotik und Mechatronik
- http://microrobotics.ira.uka.de/ (Forschung an Microrobotern zur Manipulation im Micro- bis Nanometerbereich)
- http://microrobotics.epfl.ch/ (Forschung an Mikro- und Nanorobotern)
- http://www.acfr.usyd.edu.au/ (engl., The Australian Centre for Field Robotics)
- http://www.androidworld.com/prod01.htm (engl., World's greatest android projects)
- http://www.robotlab.de/ (Künstlerische Projekte mit Industrierobotern)
