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Zähmung der Maschinen So sollen Roboter sicherer werden

Autonome Autos, Drohnen und frei laufende Roboter drängen in unseren Alltag. Doch sind die kraftvollen Maschinen auch sicher? Ein tödlicher Unfall bei VW wirft Fragen auf.

ABB-Roboter-Yumi in Zusammenarbei mit dem Mensch. Quelle: Presse

Dumpf prallt der Greifer des Roboterarms gegen die Bauchdecke. Die Kanten der Metallfinger dringen ins Muskelfleisch, zerfetzen Adern und Nerven. Zum Glück handelt es sich um einen Laborversuch mit dem Kadaver eines geschlachteten Schweins. Nicht auszudenken, wäre dies kein Versuch am toten Tier gewesen, sondern Realität an einem echten Arbeitsplatz.

Bis vor wenigen Jahren waren derart drastische Experimente im Institut für Robotik und Mechatronik am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Oberpfaffenhofen bei München Alltag. Die Forscher wollten so realitätsnah herausfinden, was im Körper alles kaputt geht, wenn ein Mensch mit den manchmal tonnenschweren Stahlmonstern kollidiert: Wann bricht die Rippe, wann bleibt nur ein blauer Fleck zurück?

Wie Roboter sicherer werden sollen

Es gab weltweit so gut wie keine praktischen Erkenntnisse darüber. „Da war fast alles Neuland“, erinnert sich Institutsleiter Alin Albu-Schäffer. Mittlerweile sehen die Forscher um einiges klarer. Dank der Schweine-Experimente können sie heute Unfallrisiken im Umgang mit den Automaten weniger drastisch – und schneller – etwa an Computermodellen abschätzen.

Tödlicher Roboter-Unfall bei Volkswagen wirft Fragen auf

Und das ist gut so. Denn wenn die Prognosen stimmen, stehen wir Robotern in den kommenden zehn Jahren immer häufiger Auge in Auge gegenüber. Sei es, weil sie bei uns Fenster putzen, im Krankenhaus Medikamente verteilen oder uns in der Fabrik zur Hand gehen. Der Weltmarkt wird sich in diesem Zeitraum mehr als verdoppeln, sagen Experten der Beratung Boston Consulting Group voraus.

Der Ansturm der Maschinen weckt tief sitzende Ängste im Menschen. Werden die dienstbaren Gesellen uns womöglich künftig über den Haufen fahren, plötzlich durchdrehen und um sich schlagen? Kurz: Wie sicher sind die Roboter, die da auf uns losgelassen werden?

Androiden im Anmarsch

Tödliche Unglücke wie vor zwei Wochen im Volkswagen-Werk im hessischen Baunatal schüren die Bedenken noch. Dort drückte ein Montageroboter den Monteur einer Fremdfirma gegen eine Metallplatte und zerquetschte ihm den Brustkorb. Der 21-Jährige starb im Krankenhaus. Er hatte die umgitterte Sicherheitszone der Maschine betreten, um diese einzurichten, während ein Kollege außerhalb des Käfigs sie vermutlich versehentlich in Gang setzte. Die Staatsanwaltschaft ermittelt derzeit die genaue Unfallursache.

Damit derartige Unglücke Ausnahmen bleiben, müssen die Hersteller die Roboter so bauen, dass sie möglichst wenig Schaden anrichten können. Sie rüsten die Maschinenwesen dazu mit Sensoren und schlauen Algorithmen aus, um Zusammenstöße mit Menschen zu vermeiden. Und konstruieren sie leicht und ohne scharfe Kanten, damit die Blessuren klein bleiben, wenn es doch mal kracht.

Wuchtige Roboter müssen in Käfigen bleiben

Klar ist: Die wuchtigen Roboter, die in rasendem Tempo schwere Lasten hieven oder Stahlplatten schweißen, dürfen auch künftig nicht ihre Schutzkäfige verlassen. Daher fügen sie dem Menschen auch höchst selten Schaden zu. Gerade einmal 525 Zwischenfälle registrierten die Berufsgenossenschaften in den fünf Jahren von 2009 bis 2013. Nur einer endete tödlich. Und das, obwohl in deutschen Fabriken immer mehr Roboter zupacken. Zuletzt mehr als 168.000.

Die gute Bilanz hat das Misstrauen der Menschen gegenüber den Robotern aber nicht ausräumen können, beobachtet DLR-Professor Albu-Schäffer. Sie schrecken nicht gleich vor der Kreissäge oder Stanze zurück, nur weil man sich dort verletzen könnte. Auch Auto fährt jeder bedenkenlos, obwohl im Verkehr jährlich mehr Menschen sterben als durch Roboter. Aber sobald ein solcher dem Menschen etwas antut, und sei es noch so harmlos, entsteht schnell Panik. Laut Norbert Elkmann, Forscher am Magdeburger Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF, gehen Hersteller, Wissenschaftler und Normungsgremien auf Nummer sicher. „Niemand will einen Unfall riskieren. Das gäbe sofort einen riesigen öffentlichen Aufschrei.“

Vermutlich haben Visionen mancher Forscher, Literaten und Filmemacher unsere Empfindlichkeit verstärkt, wenn nicht geprägt: Intelligente Roboter nehmen uns zuerst die Arbeit weg, am Ende unterjochen sie die Menschheit. Da gilt schon der kleinste Kratzer, den die Kreaturen uns zufügen, als Majestätsbeleidigung.

Roboter sind nicht aufzuhalten

Doch Bange machen hilft nicht. Der Siegeszug der Blechkollegen ist nicht aufzuhalten – zu groß sind ihre Vorzüge. Der wichtigste: Sie sind unschlagbar billig. Für drei bis sechs Euro pro Stunde packen sie am Montageband zu, hat VW-Personalvorstand Horst Neumann ausgerechnet. Ein deutscher Volkswagen-Mitarbeiter kostet in der gleichen Zeit mehr als 40 Euro. Bei solchen Differenzen ist es kein Wunder, dass VW, Daimler, BMW und Co. erproben, ob die maschinellen Arbeitstiere auch außerhalb ihrer Käfige sicher mit ihren menschlichen Pendants zusammenarbeiten können.

Die wichtigsten ferngesteuerten Waffen
MQ-9-Reaper-Drohne Quelle: dpa
Minidrohne Prox Dynamics PH-100 Black Hornet Quelle: PR
Unbemannter Panzer Ripsaw Quelle: U.S. Army Public Domain
Tauchroboter "Ghost Swimmer" Quelle: U.S. Navy

Einen der am schnellsten wachsenden Märkte für diese kooperierenden Maschinen sieht Steven Wyatt, Robotik-Marketingchef des Schweizer Technologiekonzerns ABB, in der Elektronikindustrie. Wyatt ist sich sicher, dass in den Riesenfabriken Chinas bald Mensch und Maschine Hand in Hand Smartphones zusammensetzen und elektrische Schalter montieren. Vor Kurzem haben die Eidgenossen den dafür speziell konzipierten YuMi vorgestellt, eine Wortschöpfung aus dem englischen You und Me.

Damit er sich reibungslos in die gewohnten Arbeitsabläufe einfügt, hat er ähnlich lange Arme wie die Werker. Sanfte Berührungen seiner runden, gepolsterten Oberfläche ignoriert er, sonst geriete er zu oft aus dem Takt. Spürt YuMi hingegen einen stärkeren Widerstand, stellt er sofort die Arbeit ein.

Da er zudem mit 35 Kilo ein Leichtgewicht ist und sich nicht schneller als seine menschlichen Mitmonteure bewegt, hält Wyatt ernsthafte Verletzungen für praktisch ausgeschlossen.

Hilfe, ein Roboter klaut meinen Job!

Wegen der lohnenden Geschäftsaussichten haben auch der japanische Weltmarktführer Fanuc, Bosch in Stuttgart, Kuka in Augsburg und das dänische Unternehmen Universal Robots schon derartige Co-Arbeiter vorgestellt. Zu Stückpreisen von 25.000 bis 100.000 Euro. Mitte Mai kündigte das US-Unternehmen Teradyne an, die Dänen zu kaufen. Die Amerikaner stellen Testsysteme für die Halbleiterindustrie her. Das Rennen um den Zukunftsmarkt ist eröffnet.

Mit der Freilassung aus ihren Käfigen stellen sich die Fragen eines gefahrlosen Teamworks von Mensch und Maschine neu. Gibt es tolerable Berührungen, und umgekehrt, wann führen sie zu Verletzungen? Als sie sich anfangs umschauten, fanden Hersteller, Arbeitsschützer, Forscher und Mediziner kaum Daten. Weil es das Problem nicht gab, hatte es schlicht niemand untersucht.

Definition von Schmerzgrenzen

Seither definieren die Fachleute zum Beispiel erstmals Schmerzgrenzen. Deutschland leistet dabei Pionierarbeit. Führend ist etwa das Magdeburger IFF. Mit einer Art Hammer traktieren die Ingenieure freiwillige Probanden, bis diese Aua rufen. So finden sie heraus, wie empfindlich Menschen auf Druck und Stöße reagieren. Unter strenger Aufsicht einer Kommission gehen sie noch einen Schritt weiter. Im Labor testen sie, wann eine Kollision zu Verletzungen führt.

Die Ergebnisse fließen ein in eine Richtlinie der Internationalen Standardisierungsorganisation ISO. Sie will bis Ende des Jahres Grenzwerte festlegen, wie schmerzhaft ein Zusammenprall sein darf und welche Verletzungen allenfalls auftreten dürfen, wenn Mensch und Maschine trotz aller Vorsichtsmaßnahmen kollidieren: Leichte Schwellungen, Blutergüsse und ein kurzer leichter Schmerz werden voraussichtlich erlaubt, aber auf keinen Fall darf eine offene Wunde entstehen oder gar ein Knochen brechen.

Das Versprechen mancher Hersteller, einen sicheren Roboter anzubieten, kritisiert IFF-Forscher Elkmann gleichwohl als „irreführend“. Wann die bisher schützenden Käfige abgebaut werden können, hänge immer auch von der Anwendung ab, erläutert der Robo-Entwickler und illustriert das an einem Beispiel: Bestückt der Nutzer den Arm der Maschine mit einem spitzen Bohrer, kann er sich in unvorsichtige Finger bohren, bei einem stumpfen Greifer passiert wahrscheinlich nicht viel. Elkmanns Schlussfolgerung: „Die Anwender tragen genau so viel Verantwortung für die Sicherheit.“

Mehr Sicherheit führt zu höheren Kosten

Risikoanalysen und Grenzwerte bilden die Basis, auf der die Hersteller erst entscheiden können, welche Sicherheitstechniken sie den Geräten sinnvollerweise mitgeben. Bei der Strategie können sie auf ein ganzes Arsenal an Möglichkeiten zugreifen. In einem einfachen Szenario darf sich der Roboter nur bewegen, wenn der Mensch ihn führt: entweder per Hand oder etwa über einen Joystick, wie ihn die Piloten haben. Bei einem etwas anspruchsvolleren System überwachen Kameras und Laserscanner die Szenerie; sie bremsen oder stoppen den Roboter ganz, wenn ihm ein Mensch zu nahe kommt. Schließlich lässt sich die Geschwindigkeit des Roboters so kontrollieren, dass selbst eine Kollision glimpflich ausgeht. Natürlich wird nie die ganze Palette zum Einsatz kommen. Sonst würden die Maschinenhelfer so teuer, dass sie unwirtschaftlich sind.

Wie Roboter den Alltag erleichtern
Krankenpfleger Ein Roboter CARE-O-bot, der vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung entwickelt wurde, versorgt eine Bewohnerin eines Pflegeheims mit einem Getränk (undatiert). Auch dieser Roboter unterstützt ältere Menschen im häuslichen Umfeld und das Pflegepersonal in Pflegeeinrichtungen. Quelle: dpa
Der KochBremer Forscher präsentierten 2013 den Roboter „PR2“, der Popcorn machen und Pfannkuchen wenden kann. Das nötige Vorwissen habe sich dieser unter anderem aus dem Internet geholt, sagte Professor Michael Beetz von der Universität Bremen. Sein Team arbeitet zusammen mit sieben europäischen Partnern in einem auf vier Jahre angelegten Projekt an lernfähigen Robotern. Ziel sei es, diese neue Form der Programmierung zunächst bei Robotern anzuwenden, die alte und pflegebedürftige Menschen bei einfachen Aufgaben unterstützen. Diese könnten in den nächsten zehn Jahren einsatzbereit sein. Quelle: dpa
Der BarkeeperDer Roboter "James" des Münchener Fortiss-Institutes für Hightech-Forschung in München (Bayern) ist als Barkeeper programmiert und soll bei einer Interaktion mit Menschen seine Aufgaben nicht nur richtig erledigen, sondern dabei auch auf die sozialen Bedürfnisse seines Gegenübers eingehen. Wer sich bei James bedankt bekommt die Antwort: "Always a pleasure". Quelle: dpa
KuschelrobbeDer weiße Sozialroboter namens Paro soll Demenzkranken Zuwendung schenken. Das mit Sensoren vollgestopfte Kuscheltier reagiert auf Berührung, Licht und Bewegung. Es soll für Demenzkranke Zuwendung simulieren - und ist deswegen vor allem nach einer Messepräsentation 2011 heftig umstritten gewesen. Tritt an die Stelle des Zivildienstleistenden oder der Pflegekraft nun der Sozialroboter? 5000 Euro kostet die schnurrende Pelzattrappe. Quelle: dpa
Putzhilfe mit gutem OrientierungssinnInzwischen schon fast ein Klassiker unter den Haushaltsrobotern ist der autonome Staubsauger. Dieses Modell, ein Samsung Navibot SR 8855, sticht vor allem durch seine Navigationsfähigkeiten heraus. Aus Aufnahmen von einer eingebauten Kamera setzt er ein digitales Abbild des Raums zusammen, den er reinigen soll. Das verhindert laut Hersteller sinnloses Kreuz- und Querfahren wie bei anderen Saugrobotern. Hindernissen weicht der Navibot aus, die eingebauten Sensoren erkennen auch Treppenabsätze. Im Handel gibt es den Navibot ab etwa 320 Euro. Quelle: Presse
Freundlicher KrankenpflegerDieses freundlich dreinschauende Gesicht gehört einem Roboter aus dem Hause Panasonic. Das Modell Hospi-Rimo soll als Kommunikationsplattform für bettlägerige Patienten dienen, die mit dem Roboter von zu Hause aus mit Arzt, Freunden oder Verwandten per Videokonferenz kommunizieren wollen. Der Roboter kann dabei laut Hersteller mit fragilen Ampullen und Medikamenten so vorsichtig umgehen wie eine Krankenschwester. Quelle: Presse
HaarpflegerDieser von Panasonic hergestellte Haarwaschroboter widmet sich der Pflege des Haupthaars von bettlägerigen Patienten. Vollautomatisch kann das Gerät eine komplette Haarwäsche durchführen und dabei eine Spülung einmassieren sowie die Haare nach dem Waschen wieder trocknen. Dabei kommen insgesamt 24 robotische Finger zum Einsatz. Quelle: Presse

Für viele Anwendungen dürfte es ausreichen, die Arme der Robo-Diener mit einer künstlichen Haut zu überziehen, wie sie Ingenieure des IFF und der Technischen Universität München unabhängig voneinander entwickelt haben: Sensoren spüren genau, wo und wie fest der Roboter angefasst wird. Zusätzlich erzeugen sie ein schwaches elektrisches Feld. Es verrät, wann sich ein Mensch nähert und aus welcher Richtung. Die Maschine kann dann ausweichen, sich nur noch in Zeitlupe bewegen oder anhalten – je nachdem, wie die Situation und das Gefahrenpotenzial es erfordern.

Solange Roboter nur Rasen mähen, Böden saugen und uns in der Fabrik klar definierte Handgriffe abnehmen, braucht niemand um Leib und Leben zu fürchten. Die Technik für einen friedlichen und sicheren Umgang ist heute vorhanden.

Was aber, wenn Forscher die Systeme so aufrüsten, dass sie ständig dazulernen, eigenständig entscheiden und wir ihnen überlassen, uns sicher von A nach B zu fahren? Können wir ihnen dann auch noch vertrauen?

Selbst die US-Technologie-Ikone Elon Musk, Gründer des Elektroautoherstellers Tesla und Vorkämpfer des autonomen Fahrens, hegt Zweifel. Gerade erst hat er der Bostoner Denkfabrik Future of Life zehn Millionen Dollar gespendet. Der Auftrag: Die Experten sollen herausfinden, wie schlaue Roboter beschaffen sein müssen, damit sie den Menschen wirklich nützen.

Auch Stuart Russell, Computerforscher an der Universität von Kalifornien und führender Experte für künstliche Intelligenz, sieht kompliziertere Herausforderungen auf uns zukommen. Wie verhindern wir etwa, dass ein autonom agierender Heimroboter beschließt, die Familienkatze im Ofen zu braten, weil die Kinder Hunger haben, der Kühlschrank aber leer ist, fragt er.

Russells Antwort: Wir müssen den Maschinen ethische Regeln mitgeben, um krasse Fehlentscheidungen dieser Art zu verhindern. Noch weiß niemand, wie diese zuverlässig zu definieren sind. Blind zu vertrauen, so viel ist klar, ist spätestens dann keine Alternative mehr.

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