Elon Musk will eine Million Roboter bauen, und The Economist sagt, der Schlüssel liege in Ningbo

Der Markt für humanoide Roboter wird 2026 wirklich überfüllt. Nur in China haben sich mehr als hundert Unternehmen auf diesem Gebiet etabliert. Elon Musk hat ein Massenproduktionsziel von einer Million humanoide Roboter festgelegt, und einige führende chinesische Unternehmen rennen um die erste Auslieferung.

Vor kurzem hat die Economist die 30 besten globalen Zulieferer von Komponenten für humanoide Roboter ausgewertet und sie auf einer Karte nach Städten markiert.

Ich habe vor dem Betrachten der Karte spontan geraten, dass Shenzhen der erste Platz sein sollte. Man hört, dass US-amerikanische Start-ups im Bereich Robotik nach der Finanzierung direkt nach Shenzhen fliegen. Dies ist fast zur Branchenkonvention geworden. Shanghai wäre auch ein plausibler Kandidat, und Changzhou ebenfalls. Die Geschäftsleute in der Wujin-Stadtteil behaupten, dass 90 % der Roboterkomponenten lokal beschafft werden können.

Als ich die Karte endlich sah, stellte ich fest, dass nach der Anzahl der börsennotierten Unternehmen die Stadt mit den meisten Einträgen Ningbo ist, mit sechs Unternehmen, was die Spitzenposition in China einnimmt.

Ningbo?

Die Stadt, die Formen, kleine Haushaltsgeräte herstellt und Komponenten für Automobilhersteller weltweit liefert?

Ich habe mich näher mit diesem Thema befasst und festgestellt, dass das Interessante daran ist: Wenn Sie verstehen, warum Ningbo der Fokus ist, verstehen Sie auch, wie ein fortschrittlicher Roboter eigentlich entsteht.

01 Einen Roboter auseinandernehmen

Wir beginnen mit einem allgemeinen Eindruck.

Ein humanoider Roboter des Typs Tesla Optimus hat 28 Gelenkaktuatoren. Die Freiheitsgrade der neuen Generation von Greifhänden wurden auf 22 erhöht, und der gesamte Körper ist mit über 80 Sensoren ausgestattet. Das klingt beeindruckend, aber wenn man ihn auseinandernimmt, ist es nicht so futuristisch.

Was befindet sich in einem Aktuator? Motoren, Zahnräder, Gewindespindeln, Lager. Nehmen wir als Beispiel den Sechs-Komponenten-Kraftsensor. Seine Kernstruktur besteht normalerweise aus einem metallischen elastischen Körper und Dehnungsmessstreifen. Was ist in einer Greifhand? Eine Reihe von mikroskopisch dünnen Spindeln, die dünner sind als ein Kugelschreiber, und Seilzüge. Wenn man alles auf den Tisch legt, sieht man nur metallische Komponenten, die ölig sind und nicht wie in Science-Fiction-Filmen aussehen.

Aber genau diese Komponenten bestimmen, ob ein Roboter stabil gehen kann und ob er ein Ei greifen kann, ohne es zu zerquetschen.

Zuerst betrachten wir, wie die Gelenke funktionieren.

Die Gelenke von humanoiden Robotern werden in zwei Typen unterteilt: rotierende und lineare. Rotations- und Linearaktuatoren werden je nach Körperteil gemischt eingesetzt. Die Kernkomponenten für beide Bewegungsarten sind unterschiedlich, aber beide haben eine gemeinsame Herausforderung: Sie müssen in einem kleinen Raum eine große Kraft erzeugen und dabei nicht vibrieren.

Zuerst betrachten wir die Kernkomponenten für lineare Bewegungen, die Planetenrollspindel. Die herkömmliche Methode verwendet Kugelspindeln, bei denen kleine Stahlkugeln in einer Gewindespindel eingesetzt sind. Beim Drehen rollen die Kugeln in den Nuten, und die Drehbewegung wird in eine lineare Bewegung umgewandelt. Das Problem ist, dass die Kugeln und die Spindel nur punktuell in Kontakt stehen, was die Tragfähigkeit begrenzt. Außerdem müssen die Kugeln am Ende über eine Rücklaufleitung zurückkehren, was zu Stößen und Geräuschen führt.

Kugelspindel

Die Planetenrollspindel folgt einem anderen Ansatz und verzichtet auf Stahlkugeln. Stattdessen werden um die Hauptachse herum dünne, gewindete Rollen angeordnet, die wie Planeten um die Sonne sowohl rotieren als auch umkreisen. Die Gewinde stehen in linienförmigem Kontakt. Dadurch ist die Tragfähigkeit einer Spindel gleicher Dicke um mehr als das Dreifache höher, in extremen Fällen um das Zehnfache, und die Lebensdauer ist 15-mal länger als bei Kugelspindeln.

Planetenrollspindel

Aufbau eines linearen Gelenks: bürstenloser Motor + Planetenrollspindel + Sensor + Lager

Was noch beeindruckender ist, ist, dass sie sehr klein hergestellt werden kann. Die neueste Generation von Greifhänden des Tesla Optimus hat 22 Freiheitsgrade. Das neue Konzept könnte eine Kombination aus mikroskopischen Spindeln und Seilzügen verwenden. Ein chinesisches Unternehmen hat bereits mikroskopische Planetenrollspindeln mit einem Durchmesser von 1,5 Millimetern hergestellt, die dünner sind als ein Kugelschreiber, aber ca. 10 Kilogramm ziehen können. Ein Greifhandsystem eines Roboters benötigt möglicherweise mehrere Dutzend solcher mikroskopischen Spindeln. Bei der Montage muss unter dem Mikroskop gearbeitet werden, und die Metalloberfläche darf keine Grate haben, sonst kann die Spindel im Muttergewinde blockieren und der Finger bleibt steif.

Ein börsennotiertes Unternehmen in Ningbo namens Shuanglin Co., Ltd. hat 2025 eine eigene Planetenrollspindel entwickelt, deren Genauigkeit 0,003 Millimeter beträgt und die die Kosten für die Greifhand um ca. 20 % senken kann.

Okay, jetzt haben wir die linearen Bewegungen behandelt. Jetzt kommen wir zu den rotierenden Bewegungen.

Die Kernkomponenten der rotierenden Gelenke wie Schulter und Ellbogen eines Roboters sind Harmonikareduktoren. Der Motor dreht zu schnell. Wenn er direkt mit dem Gelenk verbunden wäre, würde der Arm wie ein Ventilator umschlagen. Es ist daher erforderlich, ein Getriebe einzusetzen, um die schnelle Drehbewegung in eine langsame, starke Bewegung umzuwandeln.

Aufbau eines rotierenden Gelenks: bürstenloser Motor + Harmonikareduktor + Sensor + Lager

Das Prinzip des Harmonikareduktors ist etwas ungewöhnlich. Es gibt drei Schlüsselkomponenten: ein elliptischer Nocken, der Wellengenerator genannt wird, ein dünnwandiger, becherförmiger Zahnkranz, der Flexspannring genannt wird, und ein innenverzahnter Ring, der Starrring genannt wird.

Wenn der elliptische Nocken in den dünnwandigen Becher gesteckt wird, wird der ursprünglich runde Becher zu einem Ellipsen geformt. Die Außenzähne an den Enden der langen Achse des Ellipsen greifen in die Innenzähne des Rings ein, während die Zähne an den Enden der kurzen Achse außer Eingriff bleiben. Wenn der Nocken einmal umläuft, dreht sich der Flexspannring aufgrund der Differenz von zwei Zähnen zwischen Innen- und Außenverzahnung um zwei Zähne in die entgegengesetzte Richtung. Da nur zwei Zähne pro Umdrehung bewegt werden, ist das Untersetzungsverhältnis sehr hoch und kann bei einer Stufe bis zu 1:50 oder sogar 1:160 betragen.

Der Flexspannring ist das empfindlichste und gleichzeitig wichtigste Bauteil des gesamten Reduktors. Während des Betriebs muss er sich schnell elliptisch verformen, tausende Male pro Minute. Die Toleranzen bei der Verzahnungsbearbeitung müssen im Mikrometerbereich liegen. Die japanische Firma Harmonic Drive ist seit langem global führend in diesem Bereich. Der Kernschutz liegt nicht nur in der Bearbeitungsgenauigkeit, sondern auch in der Schmelzrezeptur für Sonderstähle. Je weniger mikroskopische Verunreinigungen im Stahl sind, desto weniger anfällig ist der Flexspannring für Ermüdungsbrüche.

Dongmu Co., Ltd. in Ningbo hat einen anderen Ansatz gewählt. Anstatt sich mit den Japanern um herkömmliche Stähle zu streiten, verwendet es flüssiges Metall für den Flexspannring. Flüssiges Metall ist eine amorphe Legierung ohne die Kristallgrenzenfehler herkömmlicher Metalle und ist von Natur aus ermüdungsbeständig. Der flüssigmetallene Flexspannring von Dongmu hat bereits einen Dauertest von tausend Stunden bestanden.

Jetzt kommen wir zu einem weiteren Thema: Sensoren.

Um ein Objekt zu greifen, ohne es zu zerquetschen, benötigt ein Roboter einen Sechs-Komponenten-Kraftsensor. Ein normaler Sensor kann nur die Kraft in einer Richtung messen, wie beispielsweise die Waage in Ihrer Küche, die nur das Gewicht misst. Der Sechs-Komponenten-Kraftsensor wird am Handgelenk angebracht und kann gleichzeitig die Zug- und Druckkräfte in drei Richtungen sowie die Torsionsmomente in drei Richtungen messen, insgesamt sechs Dimensionen. Wenn ein Roboter ein Ei greift, muss er nicht nur die Klemmkraft kontrollieren, um das Ei nicht zu zerquetschen, sondern auch in Echtzeit feststellen, ob das Ei rutscht. Sobald eine Rutschneigung erkannt wird, sendet der Sensor ein Signal innerhalb von Millisekunden, und das Steuerungssystem passt die Greifstrategie sofort an. Ohne diesen Sensor würde der Roboterhand das Ei entweder zerquetschen oder es fallen lassen.