Moderne Robotertechnologien sind ein äußerst dynamischer Zweig der Wissenschaft, der sich schnell entwickelt und fast jedes Jahr interessante bahnbrechende Innovationen hervorbringt. Roboter werden in unserem Alltag häufig eingesetzt, um allerlei Dinge zu erledigen. Menschliche Maschinen werden überall eingesetzt, von Medizin bis Haushalt und Fertigung. Diese Roboter können in ihren Eigenschaften, Funktionen und Aussehen variieren; einige von ihnen reichen von einer eher primitiven und einfachen Konstruktion bis hin zu sehr komplizierten und fast nicht von Menschen zu unterscheiden. Derzeit ist es das Hauptziel der Robotik weltweit, Roboter zu schaffen, die wie Menschen aussehen.
Roboter im echten Leben
Roboter haben ein recht breites Anwendungsspektrum. Sie können in fast jedem möglichen Lebensbereich nützlich sein.
Roboter in der Medizin
Roboter werden schon lange zur Behandlung von Menschen mit Behinderungen eingesetzt. Insbesondere der Prozess der Herstellung moderner Prothesen und künstlicher Gliedmaßen hängt stark von der Robotik ab. Die Prothesen, die den hohen Standards der heutigen Medizin entsprechen, sind beweglich, mobil, flexibel und dienen als qualitative Ersatzteile für verlorene Gliedmaßen. Viele dieser künstlichen Körperteile werden direkt durch die elektrischen Impulse des Körpers des Patienten gesteuert. Aber das ist nicht alles, was Robotik anbieten kann – Roboter sind in Operationssälen sowie in vielen Bildungseinrichtungen für Ärzte zu finden, und das Spektrum ihrer möglichen Anwendungen wächst nur.
Roboter in der Luft- und Raumfahrtindustrie
Niemand wird bestreiten, dass Roboter ihren Platz in zukünftigen Raumfahrtmissionen als unverzichtbarer Teil der Besatzungen im Weltraum finden sollten. Und selbst wenn wir auf die Geschichte zurückblicken, können wir bereits sehen, dass die meisten Raumforschungen tatsächlich mit der Hilfe von Robotern durchgeführt wurden, sodass diese Idee auch nichts Neues ist. Wir haben zahlreiche Mondrover, Marsrover und Avatar-Roboter, die im Weltraum für uns arbeiten. Aber die Vielfalt dieser Maschinen endet nicht dort; es gibt tatsächlich viele verschiedene Arten von Robotern, die speziell für die extremen Bedingungen des Weltraums entwickelt wurden. Sie können Aufgaben ausführen, die für Menschen unzugänglich oder einfach viel zu gefährlich sind.
Unabhängige Robotersicherheitssysteme
Die Implementierung moderner Roboter im Bereich des Lebens, der die Sicherheit von Menschen betrifft, hat sich als äußerst wertvoll erwiesen. Zum Beispiel gibt es Roboter, die potenzielle Brandgefahren lokalisieren und identifizieren und diese beseitigen können, um Katastrophen zu verhindern, bevor sie überhaupt eintreten.
Und wir sollten die Roboter, die im Militärdienst eingesetzt werden, nicht abtun. Sie werden verwendet, um Soldatenschulungen durchzuführen – obwohl sie nicht so gestaltet sind, dass sie Menschen ähneln wie andere High-End-Roboter, sind sie perfekt darin, das Verhalten und die Reaktionen einer echten Person nachzubilden. Mit diesen Maschinen schaffen militärische Führungskräfte Situationen und Bedingungen, die extrem ähnlich zu echten Feindseligkeiten sind.
Roboter können Spionageoperationen an verschiedenen Objekten durchführen, ohne Aufmerksamkeit auf sich zu ziehen. Auf diese Weise nehmen sie den Ordnungshütern etwas Last von den Schultern, sodass sie sich anderen wichtigen Aufgaben widmen können.
Robotergeräte in Haushalten und der Fertigung
Es ist schwer vorstellbar, moderne Produktionsanlagen und Fertigungs anlagen ohne all die Roboter, die dort eingesetzt werden, zu sehen. In der Regel sind Roboter für den Großteil der Arbeiten verantwortlich, die in diesen Anlagen erledigt werden. Wir sprechen von einer massiven Anzahl von Operationen, die höchste Bewegungsgenauigkeit erfordern und zahlreiche Wiederholungen zu einem einzigen kontinuierlichen Hochgeschwindigkeitsprozess verdichten – ein unmögliches Szenario für einen Menschen. Die Implementierung von Robotern kann die Produktionsraten ganzer Fertigungssektoren erhöhen, menschliche Mitarbeiter entlasten und ihnen ermöglichen, andere wichtige Ziele des Unternehmens zu übernehmen.
Roboter werden auch häufig in Haushalten eingesetzt, um den Besitzern bei der Küche, der Reinigung und anderen Routinearbeiten im Haus zu helfen. Die häufigsten sind die Roboterstaubsauger und Roboter-Rasenmäher, aber es gibt auch andere Maschinen, die viel kompliziertere Aufgaben ausführen.
Roboter in der Unterhaltungsindustrie
Es gibt auch Roboter, die ausschließlich zum Vergnügen von Menschen entwickelt wurden. Dabei handelt es sich hauptsächlich um Kinderspielzeuge, die ein Lied singen oder ein paar Tanzbewegungen machen können, um ferngesteuerte Spielzeugautos und einige interaktive Spiele. Auf dem Markt gibt es sogar die sogenannten echten Roboter, die mit programmierten Sprachmustern kommunizieren können, sodass es scheint, dass nicht alle von ihnen schließlich für Kinder gemacht sind. Der einzige Unterschied zwischen den Modellen für erwachsene Benutzer und denen für Kinder ist das Design und die Größe des Spielzeugs.
Berühmte Roboter
Hunderte von Unternehmen auf der ganzen Welt produzieren täglich massive Mengen verschiedener Arten von robotischen Mechanismen. Damit Ihr Roboter sich von den anderen abhebt, muss er ein echtes Juwel im Bereich der Robotik sein. Hier sind einige Beispiele für solche Werke, die für ihre einzigartigen Funktionen bekannt sind.
Asimo
Dieser japanische Roboter wurde von der Firma Honda entwickelt. Honda ist seit den 1980er Jahren ein recht aktiver Akteur im Bereich der Robotik. Ihre Spezialisten konnten einen Roboter konstruieren, der erfolgreich die gesamte Aufmerksamkeit des gesamten Robotiksektors der Wissenschaft auf sich zog. Mit einem Gewicht von 50 Kilo und einer Höhe von 1,5 Metern konnte dieser Kerl selbstständig umherlaufen, verschiedene Hindernisse umgehen und zusätzliche programmierte Aktionen wie das Servieren einer Tasse Kaffee an einen Menschen ausführen.
VGo
Dieser Roboter wird über ein Wi-Fi-Netzwerk gesteuert und ist ein sogenanntes Telepräsenzgerät. Er kann über ein Mikrofon kommunizieren sowie seine Umgebung hören und sehen, was ihm ermöglicht, sich frei zu bewegen. Der Mechanismus wurde speziell entwickelt, um Menschen mit Behinderungen zu dienen, die ihre täglichen Aufgaben nicht selbst erledigen können. Wenn Sie diesen Roboter mit bestimmten Geräten verbinden, könnte er als unabhängige tragbare Kamera verwendet werden. Mit Hilfe dieser Technologie können Kinder, die derzeit zu Hause unterrichtet werden, die Schulstunden von ihren Häusern aus anhören.
Roboy
Dieser Roboter wurde von Spezialisten aus Zürich entwickelt. Er hat flexible Sehnen, was ihm ein anthropomorpheres Aussehen verleiht. Die Designer versuchten, ein Gesicht zu gestalten, das Emotionen ausdrückt, zusammen mit dem weichen Material, das als Haut verwendet wird, sieht es ansprechend aus. Dieser realistische Roboter wurde ursprünglich als Begleiter für einsame Menschen entwickelt, die etwas Aufmerksamkeit von außen benötigen.
Kuratas
Dieser riesige Roboter wiegt etwa 4,5 Tonnen und erreicht eine faszinierende Höhe von 4 Metern. Seine Bewegung wird von einem Controller gesteuert, der in einer speziellen Kabine platziert ist – er kann aber auch fernbedient werden. Das Design des Roboters erinnert sofort an einen Anime-Charakter, eine ziemlich erwartete Lösung von den japanischen Ingenieuren.
iCub
Einer der fortschrittlichsten Roboter wurde in Italien gebaut. Von außen erinnert er bereits sehr an eine echte Person. Aber wenn Sie seine Funktionalität genauer betrachten, werden Sie feststellen, dass dieser Roboter in der Lage ist, sich an seinen eigenen Namen und die Namen derjenigen, mit denen er spricht, sowie an die Namen verschiedener Objekte zu erinnern. Darüber hinaus kann er sich an seine Umgebung anpassen und sich selbstständig bewegen.
Rollin’ Justin
Rollin’ Justin wurde vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt entwickelt. Er wird über Telepräsenztechnologie gesteuert, wobei das Programm von einem Operator über den Monitorbildschirm fernbedient wird. Der Roboter kommt in verschiedenen Modellvariationen, einschließlich der aufrechten Version.
Woraus bestehen Roboter?
Es gibt ziemlich viele verschiedene Materialien, die zum Bau eines Roboters verwendet werden. Die häufigsten Optionen sind:
- Aluminium
- Stahl
- Plexiglas
- Kunststoff
- Kohlenstofffaser
- Synthetischer Gummi (verwendet, um künstliche Haut und Muskelgewebe in realistischen Robotern darzustellen).
Die Wahl der Materialien hängt direkt von den spezifischen Funktionen eines Roboters und seinen Arbeitsbedingungen ab. Je schlechter die Umgebung ist, in der ein Roboter arbeiten wird, desto stärker und robuster sollten die Materialien sein, um dem Verschleiß zu widerstehen.
Synthetische Roboter
Der Bau von synthetischen oder "weichen" Robotern ist eines der vorrangigen Bereiche des modernen Sektors der Robotik, der an realistischen Robotern arbeitet. Diese synthetischen Humanoiden zeichnen sich im Allgemeinen durch ihre glatte Oberfläche aus, die dazu bestimmt ist, menschlicher Haut zu ähneln. Sie basieren auf bionischen Prinzipien und sind speziell für den Einsatz an Arbeitsplätzen konzipiert, die in engem Kontakt mit Menschen stehen, da die Möglichkeiten von Verletzungen im Vergleich zur Arbeit in der Nähe eines analogen Mechanismus aus Metall und hartem Kunststoff viel geringer sind. Dank der künstlichen Haut und des Muskelgewebes, das beim Bau der Roboter verwendet wird, ist das Endergebnis hochgradig anthropomorph!
Roboter vs. Androiden
Android-Roboter sind humanoide Roboter, die genau wie echte Menschen aussehen oder zumindest so gestaltet sind, dass sie ihnen in ihrem Aussehen und Verhalten ähneln. Solche Modelle befinden sich derzeit in aktiver Entwicklung durch viele bekannte führende Roboterhersteller auf der ganzen Welt. Ein normaler Roboter hingegen sieht in der Regel weniger menschlich aus und hat viel weniger Funktionen.
Roboter haben sich als nützlich erwiesen in Situationen, in denen Sie schnell unkomplizierte wiederholende Arbeiten erledigen müssen, wenn Sie hochpräzise Operationen durchführen oder schwere Objekte heben müssen. Ein Android-Roboter ist eine Art von Roboter, dem Sie Aufgaben zuweisen können, die Intellekt erfordern; er kann Aufgaben wie die Kommunikation oder die direkte Hilfe für eine Person in verschiedenen Lebensbereichen übernehmen – seine Fähigkeiten sind im Vergleich zu gewöhnlichen Robotern, die für strikt vorgegebene Arbeiten konzipiert sind, viel vielfältiger.
Begleitroboter für persönliche Interaktion
Begleitroboter sind dafür konzipiert, nützliche, sozial angemessene Interaktionen in der realen Umgebung zu bieten. Die erste und wichtigste Aufgabe eines solchen Roboters ist es, den Menschen zu dienen und ihnen zu helfen, ihre Routine zu erledigen. In erster Linie wurden Begleitroboter, wie der Name schon sagt, für Menschen entwickelt, die jemanden brauchen, der für sie da ist, Menschen mit speziellen Bedürfnissen: ältere, behinderte oder autistische Menschen. Diese Roboter können für die Bedürftigen von großem Nutzen sein.
In den letzten Jahren werden menschenähnliche Roboter bei Enthusiasten und bei denen, die neugierig genug sind, um diesen kleinen, lustigen Robotern, die einige menschliche Merkmale teilen und natürlich Sympathie erwecken, Aufmerksamkeit zu schenken, immer beliebter. Die Hauptfunktion dieser Roboter besteht darin, Gespräche mit jedem zu führen, der mit ihnen spricht. Sie sind ein hervorragendes Kommunikationsmittel für reiche Menschen, die sich dennoch einsam fühlen und ein großes Bedürfnis haben, ihre Gedanken zu teilen.
Es gibt auch Begleitroboter, die wie Haustiere aussehen und auf dem Roboter-Markt erhältlich sind. Obwohl sie in den meisten Fällen nur dazu dienen, die Moral zu heben, haben sie wenig praktische Anwendung.
Was ist ein Humanoide?
Humanoide Roboter sind Geräte, die zumindest teilweise von außen Menschen ähneln, auch wenn sie keine besonderen Funktionen haben, die dies unterstützen. Die meisten von ihnen sind mit Händen, Beinen, einem Kopf und sogar einem Gesicht ausgestattet. Obwohl das Konzept dieser Roboter schon lange existiert, wurden die bemerkenswertesten Fortschritte in diesem Bereich in der letzten Dekade erzielt.
Ein echter Humanoide sollte nicht nur einer Person von außen ähneln, sondern auch eine Reihe von autonomen Fähigkeiten haben, wie sich frei zu bewegen, zuzuhören und selbst zu sprechen. Und vielleicht ist das wichtigste Merkmal eines modernen Humanoiden die Fähigkeit, seine Fähigkeiten während des Prozesses der Ausführung bestimmter Aktionen zu verfeinern, genau wie es eine echte Person tun würde.
Wie man einen humanoiden Roboter macht
Vielseitige menschenähnliche Roboter sind äußerst komplizierte Maschinen, die viel Wissen und Erfahrung erfordern, um ein anständiges Modell zusammenzustellen. Der Bau eines solchen Roboters muss das muskuloskelettale System, mechanische Gliedmaßen, Systeme zur Erkennung von Geräuschen und Umgebung sowie ein neuronales Netzwerk umfassen, das in der Lage ist, Informationen von außen zu sammeln und zu verarbeiten. Die Elemente des Aussehens wie Haut und Haare sind nicht notwendig und dienen eher als ästhetischer Teil des gesamten Mechanismus, können aber weggelassen werden.
Humanoiden Roboter bauen
Die meisten Roboter teilen einige Ähnlichkeiten. Dazu gehören in erster Linie agile Körper, die es ihnen ermöglichen, sich frei zu bewegen. Einige Modelle haben mehr bewegliche Elemente in ihren Körpern, andere können nur die Hauptteile bewegen, aber das muss ausreichen, um zu verhindern, dass der Roboter über Hindernisse stolpert. In der Regel bestehen die Körperteile aus Metall oder Kunststoff, die durch ein Gelenksystem miteinander verbunden sind, ähnlich wie menschliche Knochen.
Roboter bewegen sich, indem sie die richtigen Treiber zur richtigen Zeit harmonisch aktivieren. Es ist schwieriger, den Roboter daran zu hindern, mit dem Gesicht nach unten auf den Boden zu fallen, als es scheint, vorausgesetzt, er muss die ganze Zeit auf den Füßen bleiben. Einige verwenden Elektromotoren, lineare Aktuatoren und Solenoide, andere verwenden hydraulische pneumatische Systeme.
Ein Roboter muss eine Ladequelle haben, um aktiv zu bleiben. Die meisten Roboter haben integrierte Batterien, die aus einem Stromnetz aufgeladen werden können. Hydraulische Modelle haben Pumpen zur Erzeugung von Spannung, während pneumatische Modelle Tanks mit komprimierter Luft oder spezielle Kompressoren verwenden, um die Arbeit zu erledigen.
Alle Motoren des Roboters sind mit Stromnetzen verbunden, die elektronische Motoren und Solenoide direkt aufladen. Alles, was mit dem Netz verbunden ist, wird von einem Computer gesteuert, der die notwendigen Details und Ventile aktiviert. Das Verhalten eines Roboters kann leicht verändert werden, indem einfach das Programm geändert wird, das in seinem System installiert ist.
Obwohl einige Modelle die Fähigkeit haben, Geräusche zu hören, Bilder zu sehen, Objekte zu riechen und Berührungen mit ihren Sensoren zu spüren, hat nicht jeder Roboter solche Systeme. Aber das absolute Muss für einen modernen Roboter ist die Fähigkeit zu bewegen; andernfalls kann er nicht als Roboter betrachtet werden.
Zukünftige humanoide Roboter
Derzeit hat die Robotik mehrere verschiedene Entwicklungsrichtungen, die sie verfolgen kann, die laut den Prognosen der Spezialisten in diesem Bereich zu den Haupttrends in der Zukunft der Robotik insgesamt werden können. Dazu gehören:
- Verwendung neuer Materialien, nämlich Gallium-Nitrat (in der Produktion von Transistoren) und Graphit (in der Produktion von Antriebseinheiten);
- Verwendung neuer Energiequellen sowie der Technologie zu deren Erfassung und Speicherung;
- Roboter, die mit Menschen interagieren, zum Beispiel zur Verwaltung des Verkehrs von unbemannten Flugzeugen;
- Hilfe für Roboter bei der Navigation unter extremen Bedingungen;
- Steigerung der Effizienz neuronaler Netzwerke durch Erhöhung der Komplexität ihrer Struktur und Architektur;
- Schaffung von Möglichkeiten zur Untersuchung algorithmischer Verfahren und zur Nutzung von Cloud-Diensten für die Massenbildung von Robotern;
- Verwendung von künstlicher Intelligenz zur Verfeinerung von Bewegungsmustern;
- Implementierung von Robotern in verschiedenen Bereichen des menschlichen Lebens zur Steigerung ihrer finanziellen Rentabilität;
- Fokussierung auf die Entwicklung der Fähigkeiten und der Qualität von Sensoren.
Angesichts der Tatsache, dass derzeit in allen oben genannten Bereichen Entwicklungen stattfinden, ist es ein Fakt, dass die Welt der Robotik uns in naher Zukunft mit einigen hochklassigen Robotern überraschen wird, die sich von allem unterscheiden, was wir bisher gesehen haben.
Derzeit erledigen menschenähnliche Roboter bereits viele Arbeiten in zahlreichen Lebensbereichen. Und in Zukunft scheinen diese Zahlen nur zu wachsen. Das Spektrum der Aufgaben, für die Roboter eingesetzt werden können, wird nur zusammen mit ihren Fähigkeiten zunehmen. Sie werden für gefährliche Arbeiten für Menschen eingesetzt, für Arbeiten, die eine sorgfältige Ausführung wiederholender Aufgaben erfordern, um sich um ältere Menschen und Kinder zu kümmern, um Kinder und Erwachsene zu unterrichten und viele andere Dinge, die von Robotern erledigt werden können. Und während sie all diese Arbeiten für Menschen erledigen, werden sich die Roboter weiterentwickeln, was immer mehr Perspektiven für die Zukunft der Robotik eröffnet.