Roboter tanzen zusammen in der dunklen Küche. Wie werden humanoide Roboter von der Science-Fiction zur Realität?

Figur Roboter (Quelle: Figur)

In den Vorhersagen von Science-Fiction-Filmen beginnt die Symbiose zwischen Menschen und Robotern immer mit einer stillen Revolution – diese einst plumpen mechanischen Arme beginnen, wie Menschen zu denken, und die kalten Metallgelenke lernen, mit Lebensszenen zu tanzen. Und im Februar 2025 schien sich diese Szene in aller Stille in der Realität abzuspielen.

Die neue Generation humanoider Roboter, die von Figure, einem amerikanischen Startup-Unternehmen, auf den Markt gebracht wurde, ist mit einem Vision-Language-Action-Modell (VLA) namens Helix ausgestattet, das die Wahrnehmungs-, Steuerungs- und Verständnisfähigkeiten des Roboters erheblich verbessert und es zwei Robotern ermöglicht, Gegenstände stillschweigend und ohne Übung weiterzugeben . Mit seinen fast Science-Fiction-artigen intelligenten Kollaborationsfunktionen erweckt es die Fantasieszenen der mechanischen Butler in Privathaushalten zur Realität.

Humanoide Roboter: Die ultimative Technologie

Standbilder aus dem Film Metropolis

Das Konzept des Roboters tauchte erstmals im Theaterstück „R.U.R.“ auf. Geschrieben vom berühmten tschechischen Schriftsteller Karel Čapek im Jahr 1920. Maria, der Android im Film „Metropolis“ von 1927, trug die Menschheit in einem mechanischen Körper und wurde zu einem frühen Prototyp der Cyberpunk-Ästhetik.

Ein humanoider Roboter ist ein Roboter mit menschenähnlichem Aussehen und Verhalten, der mithilfe künstlicher Intelligenz und Robotertechnologie hergestellt wird. Es integriert Spitzenleistungen aus mehreren Disziplinen wie Maschinenbau, Elektrotechnik, Informatik und künstlicher Intelligenz.

Der Valkyrie-Roboter (R5) der NASA

Bildquelle: NASA

Die Kerntechnologie humanoider Roboter besteht aus vier Teilen:

Wahrnehmungssystem: bezieht sich auf die Fähigkeit humanoider Roboter, die Umgebung wahrzunehmen und externe Informationen durch Sensoren und andere Geräte zu erhalten, wie z. B. visuelle Wahrnehmung, auditive Wahrnehmung, taktile Wahrnehmung usw.

Intelligente Entscheidungsfindung: bezieht sich auf den Einsatz von Technologien der künstlichen Intelligenz wie maschinelles Lernen, Deep Learning und neuronale Netzwerke, um Robotern zu ermöglichen, autonome Entscheidungen und Urteile auf der Grundlage von Situations- und Aufgabenanforderungen zu treffen.

Mensch-Computer-Interaktion: bezieht sich auf die Funktionen, die humanoiden Robotern eine bessere Kommunikation und Interaktion mit Menschen ermöglichen, wie z. B. Spracherkennung, Emotionserkennung usw.

Bewegungssteuerung: bezieht sich auf die Haltungskontrolle, Gangplanung und Gleichgewichtskontrolle des Roboters durch den Einsatz verschiedener Sensoren und Algorithmen.

Die Geschichte der Entwicklung humanoider Roboter ist eine epische Geschichte über den Versuch des Menschen, sich mithilfe von Maschinen zu replizieren. Von der Getriebefantasie des Dampfzeitalters bis zur neuronalen Netzwerkrevolution des KI-Zeitalters fallen die Durchbrüche an jedem technologischen Knotenpunkt mit den Vorhersagen und Enthüllungen von Science-Fiction-Werken zusammen.

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Frühes Entwicklungsstadium (1970er-2000):

Frühe humanoide Robotermodelle hatten ein einfaches Aussehen und wiesen nur rudimentäre menschliche Rumpf- und Gliedmaßenformen auf. Auch die Funktionen, die sie erfüllen konnten, waren sehr eingeschränkt. Sie konnten lediglich einfache Geh- und Handbewegungen ausführen, verfügten noch nicht über interaktive Fähigkeiten und hatten ein niedriges Intelligenzniveau.

WABOT-1-Roboter (Fotoquelle: Waseda-Universität)

So entwickelte beispielsweise die Waseda-Universität in Japan im Jahr 1973 den weltweit ersten humanoiden Roboter WABOT-1, der lediglich Aufgaben wie das Tragen von Gegenständen ausführen konnte und dessen Intelligenzniveau dem eines anderthalbjährigen Babys entsprach. Gleichzeitig wurden die von Honda in Japan entwickelten autonomen Laufroboter P2 und ASIMO hinsichtlich des Gehens und der Balance immer weiter optimiert.

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Hochintegrierte Entwicklungsphase (2001-2011):

Diese Phase ist der Ausgangspunkt der primären Wahrnehmungsfunktion humanoider Roboter. Aufgrund technologischer Durchbrüche waren humanoide Roboter dieser Zeit in der Lage, in begrenztem Umfang mit der Außenumgebung zu interagieren und verfügten über eine verbesserte Bewegungsfreiheit. Obwohl die Anwendungsszenarien relativ einfach sind und hauptsächlich für Ausstellungen und Unterhaltung verwendet werden, wurden in der Tat große Fortschritte bei der Bewegungssteuerung und der Mensch-Computer-Interaktion erzielt.

Entwicklungsgeschichte von Honda Robotics und die dritte ASIMO-Generation (Quelle: Honda)

Beispielsweise war Sonys QRIO-Roboter im Jahr 2003 mit Spracherkennungs- und Gesichtserkennungsfunktionen ausgestattet und konnte 10 Gesichtsausdrücke erkennen. Im Jahr 2011 brachte das japanische Unternehmen Honda den ASIMO der dritten Generation auf den Markt. Dieser verfügt über die Fähigkeit, mithilfe von Sensoren automatisch zu urteilen und zu handeln, um Hindernissen auszuweichen. Außerdem kann er mit fünf Fingern Gebärdensprache verwenden oder Wasser aus einem Wasserkocher in einen Pappbecher gießen. ASIMO kann nicht nur Treppen hinauf- und hinuntergehen und Tee servieren, sondern dirigierte 2014 auch das Detroit Symphony Orchestra.

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Stufe zur Verbesserung hochdynamischer Bewegung und interaktiver Fähigkeiten

(2012-2020):

Der Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkt dieser Phase liegt auf der Verbesserung der Bewegungs- bzw. Interaktionsfähigkeiten humanoider Roboter. Mithilfe der Reinforcement-Learning-Technologie können humanoide Roboter ihre Bewegungen und Verhaltensweisen bei der Interaktion mit der Umgebung kontinuierlich optimieren. Auch die Technologien zur Emotionserkennung und Sprachinteraktion wurden deutlich verbessert.

Entwicklungsgeschichte des POPPY-Roboters (Quelle: Inria)

Beispielsweise verfügt der zweibeinige humanoide Roboter Atlas, der 2013 von Boston Dynamics in den USA entwickelt wurde, über extrem hohe sportliche Fähigkeiten. Es kann gekonnt vertikale Sprünge und Handstände ausführen, Hindernisse überqueren, Rückwärtssaltos machen und sogar mit dem Spot-Roboter tanzen. Es verfügt über Parkour-Funktionen, die sowohl Hände als auch Füße einbeziehen.

Im Jahr 2016 kam POPPY, der erste humanoide Open-Source-Roboter, der vom französischen Blumenlabor Inria entwickelt wurde, auf den Markt. Sie hat in vielen Bereichen wie Bildung, wissenschaftlicher Forschung, Kultur und Kunst eine außergewöhnliche Anpassungsfähigkeit bewiesen. Im Bildungsbereich kann POPPY als Lehrmittel eingesetzt werden, um Schülern zu helfen, Robotikprinzipien und Programmierkenntnisse intuitiver zu verstehen. Im kulturellen und künstlerischen Schaffen nutzen Künstler die einzigartige Ausdruckskraft von POPPY, um viele neuartige Kunstwerke zu schaffen.

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Hochintelligentes Entwicklungsstadium (2020 bis heute):

Mithilfe moderner künstlicher Intelligenz, Computer-Vision-Systemen und anderen fortschrittlichen Technologien entwickeln sich humanoide Roboter intelligenter weiter. Die Wahrnehmung und kognitiven Fähigkeiten heutiger humanoider Roboter sind deutlich verbessert. Die meisten von ihnen verfügen über eine stark bionische Rumpfkonfiguration und eine anthropomorphe Bewegungssteuerung. Sie haben hinsichtlich Gewicht, Flexibilität usw. erhebliche Fortschritte gemacht und ihre Praktikabilität wurde erheblich verbessert.

Entwicklungsgeschichte von Ameca Robotics (Quelle: Engineered Arts)

Nachdem Engineered Arts in Großbritannien Ameca beispielsweise mit GPT-3/4 verbunden hatte, erlebte es eine Wiedergeburt. Ameca ist mit fortschrittlichen Sensoren ausgestattet und verfügt über Gesichts- und Spracherkennungsfunktionen, sodass es auf natürliche Weise mit Menschen interagieren kann. Es kann nicht nur menschliche Emotionen genau erkennen, sondern auch Informationen durch ausdrucksstarke Ausdrücke und Gesten vermitteln.

An einigen Orten, an denen Spitzentechnologie geboten wird, fungiert Ameca als Empfangsdame und bietet den Besuchern durch herzliche Kommunikation und Interaktion einen Service, der einen tiefen Eindruck hinterlässt. Auch die Mobilität, Geschicklichkeit, Balance und Echtzeit-Verarbeitungsfähigkeiten des humanoiden Roboters Optimus Gen2 von Tesla wurden durch den Einsatz des KI-Großmodells deutlich verbessert.

Unitree H1 Roboter (Quelle: Unitree Technology)

Obwohl die Entwicklung humanoider Roboter in China spät begann, begannen die Forschungen erst in den 1990er Jahren. In den letzten Jahren wurden in China jedoch erhebliche Fortschritte bei der Forschung und Entwicklung humanoider Roboter erzielt. Viele Unternehmen und Forschungseinrichtungen beteiligen sich aktiv daran und erforschen kontinuierlich technologische Innovationen und Produktanwendungen. Yushu Technology ist ein führendes Unternehmen im Bereich humanoider Roboter in China.

Auf der Bühne der Frühlingsfest-Gala führten 16 humanoide Roboter Unitree H1 von Unishu Technology zusammen mit Tänzern „YangBOT“ auf und begeisterten das Publikum mit dem „Cyber ​​​​Yangko“. Diese Roboter verfügen über 19 Gelenke und ihre Arme haben zusätzlich 3 Freiheitsgrade, wodurch sie schwierige Bewegungen wie das Drehen, Werfen und Auffangen von Taschentüchern ausführen können.

Hinter diesem „YangBOT“ genannten Tanz stehen die präzise Koordination von 19 Gelenken, die KI-Abbildung jedes Bewegungsrahmens und der bahnbrechende Fortschritt zweibeiniger Roboter auf dem Gebiet des komplexen dynamischen Gleichgewichts, was die enorme Stärke von Yushu Technology in der Forschung und Entwicklung humanoider Roboter voll und ganz demonstriert.

Die Entwicklungsaussichten humanoider Roboter sind voller Erwartungen. Durch kontinuierliche innovative Durchbrüche in Bereichen wie künstliche Intelligenz, Materialwissenschaft und Sensortechnologie werden humanoide Roboter intelligenter, flexibler und leistungsfähiger.

Was die Intelligenz betrifft, verfügen sie über stärkere Lern- und Denkfähigkeiten und sind in der Lage, komplexere Aufgaben und Situationen zu verstehen und zu bewältigen. Durch die tiefe Integration mit Technologien wie dem Internet der Dinge und Big Data können humanoide Roboter riesige Datenmengen in Echtzeit erfassen und analysieren, was präzisere Entscheidungen und effizienteres Handeln ermöglicht.

Was die sportlichen Fähigkeiten angeht, werden neue Materialien und mechanische Konstruktionen die Bewegungen humanoider Roboter flüssiger und natürlicher machen, sodass sie sich an verschiedene komplexe Gelände und Umgebungen anpassen und schwierigere Bewegungen ausführen können.

Figur Roboter (Quelle: Figur)

Mit der Weiterentwicklung der humanoiden Robotertechnologie werden ihre Anwendungsszenarien immer umfangreicher . Im industriellen Bereich können sie gefährliche, sich wiederholende oder hochpräzise Arbeiten übernehmen. Im medizinischen Bereich können humanoide Roboter Ärzte bei Operationen unterstützen und durch ihre hochpräzisen Operationsfähigkeiten Operationsrisiken reduzieren. Im Bereich der häuslichen Dienste können humanoide Roboter als Haushaltsassistenten dienen und problemlos Hausarbeiten wie das Fegen des Bodens, das Putzen der Fenster und das Abwaschen des Geschirrs erledigen. Im Bildungsbereich können humanoide Roboter als innovative Lehrmittel Wissen auf anschauliche und interessante Weise vermitteln.

Es ist ersichtlich, dass humanoide Roboter in der Zukunft großes Potenzial haben, sie jedoch noch mit vielen Herausforderungen konfrontiert sind.

1. Hohe Rechenleistung: Die Haltung, Geschwindigkeit und Kraft humanoider Roboter erfordern allesamt eine hohe Rechenleistung, und die aktuelle Rechenleistung steht vor enormen Herausforderungen.

2. Schwache Technologie: Die aktuellen technischen Grundvoraussetzungen sind noch sehr schwach. Die vorhandenen Softwarealgorithmen reichen nicht aus, um den großflächigen Einsatz humanoider Roboter zu unterstützen, und es sind noch erhebliche technologische Innovationen erforderlich.

3. Hohe Kosten: Hohe F&E-Kosten, hohe Verluste und hohe F&E-Investitionen sind in der humanoiden Roboterindustrie die Norm.

4. Unsicherheit: Die Datensicherheitsfunktionen und -systeme sind unzureichend und es bestehen Sicherheits- und Datenschutzprobleme.

Connor, der Protagonist des Spiels Detroit: Become Human

Von den einfachen Bewegungen des WABOT-1 bis zur freien Interaktion von Ameca halten humanoide Roboter als „Wunder der Technik“ Einzug in unseren Alltag. Sie sind beide eine Weiterentwicklung von HAL 9000 in „2001: Odyssee im Weltraum“ und der Prototyp von Connor in „Detroit: Become Human“. Doch das ultimative Ziel der Technologie besteht nicht darin, den Menschen zu ersetzen, sondern ein kooperativer Partner bei der Erforschung des Unbekannten zu werden, wie TARS in „Interstellar“.

Wenn humanoide Roboter in Zukunft wirklich in die Gesellschaft integriert sind, könnten Menschen „Menschlichkeit“ neu definieren – nicht auf der Grundlage biologischer Merkmale, sondern auf der Grundlage von Kreativität, Empathie und ethischen Entscheidungen.

Vielleicht werden humanoide Roboter, wie alle klassischen Warngeschichten der Science-Fiction, irgendwann zu einem Spiegel, der das Wesen des Menschen widerspiegelt: Wenn sie lernen, die Kraft ihrer Fingerspitzen anzupassen, um beim Verteilen eines Apfels Beulen zu vermeiden, können wir dann unsere Mitmenschen mit der gleichen Zärtlichkeit behandeln? Wenn sie den Turing-Test bestehen, wie sollten dann die Grenzen des „Bewusstseins“, auf das die Menschen so stolz sind, neu definiert werden?

Die Antwort könnte in den Laboren des nächsten Jahrzehnts verborgen sein oder bereits in Asimovs Robotergesetzen und seinem Monolog in der Regennacht „Träumen Androiden von elektrischen Schafen?“ niedergeschrieben sein. Sicher ist nur, dass das letzte Kapitel dieses mechanischen Erwachens gemeinsam von der menschlichen Zivilisation und der maschinellen Intelligenz geschrieben werden wird.

Quellen:

https://www.ccidgroup.com/info/1207/41123.htm

https://www.hanspub.org/journal/paperinformation?paperid=86460

https://www.figure.ai/news/helix

https://en.wikipedia.org/wiki/Atlas_(Roboter)

https://builtin.com/robotics/humanoid-robots

https://en.wikipedia.org/wiki/Humanoid_robotAutor: Yang Yuxin

Planung: Liu Ying, Zhang Chao, Li Peiyuan, Yang Liu

Gutachter: Fu Changyi, außerordentlicher Professor, Technische Universität Nanjing

Vorsitzender des Science-Fiction-Komitees der Jiangsu Science Writers Association