Illustrationen der acht Szenarien von humanoiden Robotern: Die Nachfrage liegt noch unter der Spitze des Eisbergs.

Wenn man die menschliche Gesellschaft als ein riesiges funktionierendes System ansieht, dann ist die technologische Entwicklung der letzten hundert Jahre im Wesentlichen eine ständige Neuschreibung der Arbeitsteilungslogik dieses Systems.

Dampfmaschinen und Elektrizität haben es Maschinen ermöglicht, körperliche Arbeit zu übernehmen. Computer und das Internet beginnen, Informationen zu verarbeiten. Und heute übernehmen Roboter die Fähigkeit der Menschen, sich im physischen Raum autonom zu bewegen. Künstliche Intelligenz gibt den Robotern ein "Gehirn" und verwandelt sie allmählich von Werkzeugen in automatisierte Ausführungsmodule, die die Fähigkeit haben, die Realität wahrzunehmen, zu beurteilen und sogar zu verändern.

Viele Menschen nennen das Jahr 2026 das Jahr der Robotereinführung. Ob sie tatsächlich reibungslos in die Praxis umgesetzt werden können, ist noch ungewiss. Aber diese Aussage erfasst tatsächlich einen Wendepunkt in der Veränderung. Roboter verlassen die Labors und die Kapitalmärchenwelt, springen aus den kunstvoll gestalteten Demonstrationsmodellen und treten in die realen und komplexen Produktions- und Lebenssituationen ein.

Diese Szenarien erstrecken sich in die Feinheiten aller Branchen. In den Ecken, die wir sehen können und in denen wir nicht, verflechten sie sich zu einem riesigen und strengen Netzwerk.

Heute versuchen wir, die Kontur dieses Netzwerks zu zeichnen und die verschiedenen Anwendungsfälle von Robotern aufzulisten. Obwohl wir sie nicht vollständig erschöpfen können, können wir zumindest einen Überblick über die Chancen und die noch unbefriedigten Bedürfnisse in diesen Szenarien gewinnen und verstehen, wie die Arbeitsteilung und Zusammenarbeit in der menschlichen Gesellschaft neu geschrieben werden werden.

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Fabrik: Früheste Penetration, Wandel der Anforderungen

Die Fabrik ist der Ort, in dem Roboter am frühesten und am tiefsten penetriert sind. Obwohl herkömmliche Industrieroboter und Kollaborationsroboter bestimmte Aufgaben der industriellen Automatisierung erfüllen können, gibt es immer noch das Problem der begrenzten Generalisierbarkeit. Daher sind in Situationen mit eingeschränktem Raum, komplexen Operationen, gefährlichen Umgebungen sowie bei der Notwendigkeit von Bewegung und Wahrnehmung andere Roboterformen erforderlich.

Wenn Waren in die Fabrik gelangen, können Roboter die Waren sortieren, transportieren und stapeln, die Werkzeugmaschinen beim Beschicken und Entladen unterstützen und so die Materialien im Raum geordnet bewegen. In der Produktionsphase kommt der Wert der Roboter vor allem in ihrer "Flexibilität" zum Tragen. Beispielsweise können sie in feinen Fertigungsprozessen komplexe Bauteile schleifen, polieren und laserstrahlschneiden. Sie können auch auf unregelmäßigen Oberflächen wie Automobilkarosserien, Schiffskonstruktionen und Tankleitungen Spritzarbeiten, Sandstrahlen, Schweißen und Reinigen durchführen.

In der Montagephase können Roboter die Installation von nicht-standardisierten Bauteilen übernehmen, wie z. B. die Montage von Armaturenbrettern, Sitzen, Türverkleidungen und Kabelbäumen in der Automobilherstellung. Gleichzeitig übernehmen Roboter in hochpräzisen Branchen wie der Halbleiter- und Elektronikherstellung auch Aufgaben wie die Chipmontage und die präzise Positionierung.

In der Qualitätsprüfungsphase ist der Effizienzvorteil der Roboter besonders deutlich. Basierend auf einem visuellen Erkennungssystem können Roboter Kratzer, Blasen, Farbunterschiede und Maßeabweichungen erkennen, überprüfen, ob Schrauben festgezogen sind und ob Teile fehlen. Im Vergleich zum Stichprobenprüfungssystem kommt die maschinelle Sehkraft näher an eine "Gesamtprüfung" heran, was die Gesamtausbeute effektiv verbessern kann.

Ob in der industriellen Fertigung oder im E-Commerce, Lagerung und Logistik sind ein nicht zu vernachlässigender Aspekt. Das "Goods-to-Person"-System kann Regale, Kisten oder Paletten aktiv an die Bedienperson heranbringen. AMR (Autonom bewegliche Roboter) und automatische Gabelstapler können in Echtzeit Pfade planen und auf Umweltveränderungen dynamisch reagieren. Bei den konkreten Lagerarbeiten können Roboter von der Scankennung nach der Entladung, der Zuweisung von Lagerplätzen bis hin zur Auswahl, Verpackung, Verladung, Inventur und sogar zur Sortierung flexibler Gegenstände übernehmen. Es ist vorstellbar, dass zukünftige Lagermaterialflusssysteme nicht mehr aus einzelnen Geräten bestehen, sondern aus einem intelligenten Netzwerk mit selbstständiger Integration mehrerer Arbeitsgänge.

Außer der direkten Beteiligung an Produktion und Logistik übernehmen Roboter auch einige "Sicherungsaufgaben", wie z. B. die Inspektion der Produktionslinie und die Erfassung von industriellem Abwasser. In einigen Branchen treten Roboter oft in Form von maßgeschneiderten Lösungen auf, die eng an die Fertigungsprozesse angepasst sind. Beispielsweise kann in der Leichtindustrie wie der Stickerei ein ganzes Set an Automatisierungslösungen von der automatischen Fadenwechselung, der intelligenten Fadenwicklung bis hin zum automatischen Stoffklemmen aufgebaut werden.

Obwohl es in der industriellen Umgebung so viele verschiedene Szenarien gibt, ist es dennoch sehr schwierig, diese wirklich umzusetzen. Jedes Szenario hat große Unterschiede, und es ist erforderlich, die komplexe reale Umgebung mit den Roboterlösungen abzustimmen. Darüber hinaus muss die Effizienz und Stabilität des Betriebs gewährleistet werden, um kommerziell erfolgreich zu sein.

Die Anforderungen der Industrie an Roboter ändern sich auch. Früher wurde mehr auf Geschwindigkeit und Präzision geachtet, aber heute beginnen Unternehmen, sich stärker darauf zu konzentrieren, ob Roboter Aufgaben autonom erfüllen können und ob sie die Fähigkeit haben, sich in verschiedenen Szenarien zu adaptieren und zu verallgemeinern.

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Dienstleistungsbranche: Streuender, aktiver

Die Anwendungsfälle von Robotern in der Dienstleistungsbranche sind streuender und näher am täglichen Empfinden jedes Einzelnen.

In der Einzelhandelsbranche übernehmen Roboter Aufgaben wie das Empfangen von Gästen, das Beraten von Kunden, die Produktbeschreibung und die Regalorganisation. Sie können auch auf der Grundlage von Verhaltensdaten der Benutzer in Echtzeit Empfehlungen geben und so eine Art "Interessenempfehlung" ähnlich wie im E-Commerce etablieren.

In der Gastronomie und Hotelbranche deckt die Anwendung von Robotern bereits Bereiche wie die Gästeführung, Bestellaufnahme, Kochen, Servieren, das Zubereiten von Kaffee und anderen Getränken, die Reinigung der Küche und die Lieferung an die Gästezimmer ab. Sie übernehmen nicht nur organisatorische Aufgaben, sondern bieten auch durch ihre Interaktionsfähigkeit den Benutzern ein neues Erlebnis.

Das Unterhaltungs- und Kulturfeld ist eines der Bereiche, in denen die Implementierung von Robotern am aktivsten ist. Roboter tauchen oft auf Bühnen und in touristischen Attraktionen auf, um Tänze zu performen, interaktive Shows zu geben oder Führungen zu halten. In den letzten Jahren hat sich ihre Anwendung auch auf die Filmproduktion und die Spieleinteraktion ausgeweitet. Beispielsweise nehmen Roboterhunde am Menschen gegen Menschen CS-Spiel teil. Auch in der Bereich des Sporttrainings werden Anwendungen erforscht, wie z. B. Tennis, Tischtennis und Laufen. Diese Anwendungen erfordern hohe Fähigkeiten in der Wahrnehmung, Entscheidung und dynamischen Reaktion, und die meisten befinden sich noch in der Anfangsphase.

Der privaten Haushaltsbereich ist der Bereich, in dem am meisten von Robotern erwartet wird, aber es gibt auch die größte Kluft zwischen Realität und Vorstellung. Aus den Demonstrationsvideos scheint die Fähigkeitsausdehnung sehr beeindruckend zu sein: Bodenreinigung, Oberflächenwischen, Wäschewaschen und -aufbewahren, Kleiderfalten, Kochen, Geschirrspülen, Mülltrennung, Gartenarbeit und sogar das Reinigen von Fenstern durch fliegende Roboter. Die derzeitigen Verbraucherprodukte können jedoch hauptsächlich die Grundbedürfnisse wie Begleitung (einschließlich der Begleitung von Haustieren), Unterhaltung und das Transportieren von Gegenständen erfüllen. Die Einschränkungen liegen nicht nur in der Fähigkeit zur Generalisierung von mehreren Aufgaben, sondern auch in den realen Beschränkungen hinsichtlich Preis, Sicherheit und Privatsphäre.

Wenn man vom privaten Haushalt auf das Gebäude- und Immobilienmanagement ausweitet, haben Reinigungsroboter, Inspektionsroboter und sogar Serviceboten die Möglichkeit, in Umgebungen mit hohem Standardisierungsgrad ein kontinuierliches und stabiles Dienstleistungssystem aufzubauen.

Die Pflege von Senioren ist ein Szenario, das höhere Anforderungen an die Fähigkeiten von Robotern stellt. Neben der Interaktionsfähigkeit und der Fähigkeit, komplexe Situationen zu bewältigen, müssen sie aufgrund der langen Interaktion mit Senioren oder Patienten strengere Standards in Bezug auf Sicherheit, Zuverlässigkeit und Compliance erfüllen.

Konkret können Pflegeroboter Aufgaben wie das Servieren von Tee und Essen, das Verabreichen von Medikamenten, das Wenden und die Pflege bei Ausscheidungen übernehmen. Sie können auch einfache Physiotherapie-Massagen durchführen, die Gehunterstützung und den Sturzschutz überwachen sowie durch Gespräche, Schachspielen usw. emotionale Begleitung bieten. Diese Aufgaben erfordern, dass die Roboter in Bezug auf Sicherheit, Zuverlässigkeit und Compliance weit höhere Standards als in normalen Szenarien erreichen, da sie sich an die am vulnerabelsten und am meisten vertrauenswürdigen Menschen wenden.

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Medizin: Frühe Phase der Branche, teilweise reif

Die Hauptanwendungsfälle von Robotern in der Medizin umfassen Operationen, Rehabilitation, Pflege und die unterstützende Diagnose.

Operationsroboter sind eine relativ reife Form. Der Arzt sitzt vor der Steuerkonsole und gibt über die Bedienungshandgriffe Befehle. Der Roboter kann dann die Bewegungen in feinere Instrumentbewegungen umsetzen. Der Anwendungsbereich umfasst Laparoskopieoperationen in der Urologie, Gynäkologie, Allgemeinchirurgie sowie Operationen in der Orthopädie, Zahnheilkunde, Augenheilkunde und Gefäßintervention. Er unterstützt auch Fernoperationen. Diese Form der Zusammenarbeit verbessert die Präzision und Stabilität der Operationen erheblich, insbesondere bei Operationen, die eine lange Zeit lang hohe Konzentration erfordern.

Rehabilitationsroboter können durch die Konfiguration verschiedener Sensoren die Daten der Patienten sammeln und das Rehabilitationsprogramm optimieren. In Kombination mit der Hirn-Maschine-Schnittstelle können die Bewegungsabsichten der Patienten direkt die Exoskelette oder die elektrische Stimulation ansteuern und so eine aktive Rehabilitation ermöglichen. Ernährungspflegeroboter können behinderten Patienten beim Essen helfen. Vierbeinige Rettungs- und Transportroboter können Patienten auf einer Trage schnell transportieren und während der Bewegung automatisch Rettungsmaßnahmen ergreifen. Mikroskopische innere Roboter werden bereits zur Diagnose von Magen-Darm-Krankheiten eingesetzt und könnten in Zukunft auch zur Medikamentenabgabe und Krankheitstherapie verwendet werden.

Roboter können auch in den täglichen Ablauf von Krankenhäusern integriert werden. Beispielsweise können Logistikroboter Proben oder Medikamente im Krankenhaus transportieren, intelligente medizinische Abfallroboter die Entsorgung von Abfällen und die Desinfektion übernehmen, und medizinische Desinfektionsroboter können im Krankenhaus autonom umherfahren und desinfizieren.

Roboter können möglicherweise die knappen Ressourcen an qualifizierten Ärzten, Pflegekräften und Rehabilitationsspezialisten ausgleichen und Daten über Operationswege und Rehabilitationsbewegungen sammeln, um die datengesteuerte Medizin allmählich zur Realität werden zu lassen. Aber die hohen Forschungs- und Vorlaufkosten, die langen Genehmigungszyklen und die strengen Qualifikationsstandards machen den kommerziellen Erfolg in diesem Bereich zwangsläufig langwierig.

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Agrarwirtschaft: Hohe Kosten, hohe Schwelle

Mit der zunehmenden Nachfrage nach hochwertiger und fein abgestimmter Landwirtschaft gibt es Chancen für die Einführung von Robotern in der Landwirtschaft. Roboter können nicht nur die Effizienz der landwirtschaftlichen Produktion verbessern, sondern auch die Betriebs- und Personalkosten in gewissem Maße senken und so die stabile Lieferung von hochwertigen landwirtschaftlichen Produkten unterstützen.

In der Pflanzenbauindustrie haben Roboter allmählich Aufgaben wie Bodenbearbeitung, Säen, Düngen und Spritzen, Ernten und Entblättern, Kreuzbestäubung, Unkrautbekämpfung sowie Fruchttransport und Gewächshausförderung übernommen. Fliegende Roboter oder Radroboter können auf den Feldern patrouillieren und durch visuelle Erkennung Schädlingsbefall und Krankheiten frühzeitig erkennen und eingreifen. In der Phase der Getreidespeicherung können sie auch für Patrouillen, Lagerungskontrolle und Probenahme eingesetzt werden, um die Verwaltungseffizienz und -präzision zu verbessern.

In der Viehzucht, insbesondere in der Massentierhaltung, können Roboter die Personalbelastung bei der täglichen Arbeit wie Füttern und Melken erheblich reduzieren und auch Aufgaben wie die tägliche Patrouille und die Reinigung und Desinfektion übernehmen. Bei der Fischzucht können Unterwasserroboter für die Patrouille von Netzkäfigen, die Überwachung des Fischbestands und der unterwasserumgebung sowie die automatische Fütterung eingesetzt werden.

Obwohl landwirtschaftliche Roboter in der langen Laufzeit die Kosten verteilen können, sind die Anfangsinvestitionen hoch, und es gibt auch eine gewisse Lern- und Bedienungsschwelle, die in gewissem Maße die Massenverbreitung einschränkt. Aber langfristig gesehen haben landwirtschaftliche Roboter mit kontinuierlicher Arbeitsfähigkeit und datengesteuerter Fähigkeit immer noch klare Entwicklungsmöglichkeiten und Anwendungsgelegenheiten, da die landwirtschaftliche Skalierung zunimmt und sich die Arbeitskräftestruktur ändert.

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Bildung und Forschung: Weitreichende Auswirkungen, höhere Druck

In der Unterrichtssituation können Roboter sowohl als Wissensvermittler als auch als Sprachpartner und für die Programmiererziehung eingesetzt werden. Sie können auch Spielmechanismen in den Lernprozess integrieren. Im Klassenzimmer können sie bei der Korrektur von Hausaufgaben helfen oder in verschiedenen Rollen an der Unterrichtsdurchführung und Interaktion teilnehmen. Beispielsweise kann ein Lehrer Newton "herbeirufen", um das Gravitationsgesetz zu erklären. Darüber hinaus rufen Roboter, die soziale und emotionale Lernfähigkeit unterstützen, in der frühen Bildung und in Klassen für besondere Bedürfnisse immer mehr Aufmerksamkeit hervor.

In der Forschungsarbeit (nicht in der Algorithmusvalidierung) übernehmen Roboter hauptsächlich hochrepetitive und hochstandardisierte Experimente, wie z. B. Pipettieren, Zellkultivierung und Reagenzmittelwägung. Roboter können nicht nur das Risiko von menschlicher Kontamination und Fehlbedienung verringern, sondern auch Hochdurchsatzexperimente ermöglichen und so den Prozess der Material- und Medikamentensuche beschleunigen. Sie können auch giftige oder brennbare Reagenzien in unbeaufsichtigter Umgebung handhaben und so die Sicherheitsrisiken verringern. Derzeit gibt es bereits vollautomatische Labore, die von Robotern geleitet werden und den gesamten Prozess von Experimenten, Datenerfassung bis hin zur Ergebnisanalyse abdecken können.

Die weitreichenderen Auswirkungen kommen von der Erforschung in extremen Umgebungen: Tiefseebiologie, Meeresbodenkartierung, Analyse von Polarmustern und sogar Raumfahrtoperationen, Raumstationendienstleistungen, Entfernung von Weltraumschrott und Weltraumforschung. Roboter ermöglichen es dem Menschen, seine Wahrnehmungs- und Handlungsfähigkeit in Orte zu erweitern, die schwer zugänglich sind.

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