Interview Dr. Steffen Wischmann, PAiCE Weltweite Fördermittel für Roboter: Herausforderungen und Trends in Deutschland

Redakteur: Jürgen Schreier

Robotik ist auch in Deutschland ein zentrales Forschungsfeld, dessen Förderung mitentscheidend für den zukünftigen Erfolg unserer Wirtschaft ist. Ein Gespräch mit Dr. Steffen Wischmann zum Technologieprogramm PAiCE des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi).

Anbieter zum Thema

Dieses Bild entstand im Rahmen des Projekts QBIK zur Automatisierung der Arbeitsteilung.
Dieses Bild entstand im Rahmen des Projekts QBIK zur Automatisierung der Arbeitsteilung.
(Bild: Jonathan Auberle, Projekt QBIIK, Karlsruher Institut für Technologie (KIT))

Die Corona-Krise zeigt einmal mehr, dass der Einsatz von Servicerobotern für Industrie und Gesellschaft großes Potenzial bietet. Öffentliche Forschungsförderung ist zur Erschließung dieser Möglichkeiten aber unerlässlich.

Genaue Ziele und Ableitungen der offiziellen Forschungsförderprogramme wurden von der International Federation of Robotics (IFR) kürzlich in dem Kompendium World Robotics R&D Programs veröffentlicht. Auch Deutschland unterstützt im Rahmen seiner Hightech-Strategie den Einsatz neuer digitaler Technologien in Wirtschaft und Verwaltung. Das Programm PAiCE, mit einem Förderbudget von circa 50 Millionen Euro über fünf Jahre, legt den Schwerpunkt auf die Entwicklung digitaler Industrieplattformen sowie auf die Zusammenarbeit zwischen Unternehmen, die diese Plattformen nutzen.

Im folgenden Interview beantwortet Dr. Steffen Wischmann von der Begleitforschung PAiCE Fragen rund um die Förderprojekte des Forschungsförderprogramms.

Corona wird gerne als Digitalisierungsturbo apostrophiert. Ist Corona auch ein Turbo für Robotik und Automatisierung?

Die Corona-Pandemie hat große Aufmerksamkeit auf das Einsatzpotenzial von Robotern gelenkt. Dieses erstreckt sich über viele Bereiche und zeigt neues Potenzial für den Einsatz von Robotern überall dort, wo soziale Distanzierung oder Telearbeit schwierig sind, wie in Alten- und Pflegeheimen oder der Landwirtschaft. Zudem werden neue Roboter entwickelt, wie zur automatischen Probenentnehme für Corona-Tests. Die Technologien in vielen dieser Bereiche existieren schon lange, vorrangig allerdings meist noch im Prototypenstadium. Der plötzliche Bedarfsanstieg durch Corona könnte daher die Überführung in Produktivsysteme deutlich beschleunigen, wenngleich dies immer der langwierigste und schwierigste Schritt ist.

Laut IFR wird weltweit eifrig in Sachen Robotik geforscht. Betrachtet man die großen Robotercluster Europa, Asien (inklusive China) und USA: Wo liegen da regional die F&E-Schwerpunkte?

Für Industrierobotik liegen die F&E-Schwerpunkte vor allem in Asien und Europa. Bei Servicerobotik unterscheidet man zwischen professionellem Einsatz und Endkonsumentenmarkt. Im professionellen Bereich teilen sich Nordamerika und Europa den Markt. Asien spielt nur eine untergeordnete Rolle. Europa ist stark vom produzierenden Gewerbe getrieben. Roboter für den Außeneinsatz kommen daher vorrangig aus Europa und Asien. Im Medizinbereich liegt Europa leicht vor den USA und auch bei Robotern für die Fertigung (Co-Bots) gehört Europa zu den Marktführern. Bei Logistikrobotern ist wiederum Amerika mit circa 90 Prozent Marktführer.

In Deutschland fokussiert sich das auf fünf Jahre terminierte Forschungsprogramm PAiCE des BMWi auf die Entwicklung digitaler Industrieplattformen sowie auf die Zusammenarbeit zwischen Unternehmen, die diese Plattformen nutzen. Könnten Sie das etwas konkretisieren? Welche Themen werden da behandelt?

Die Förderprojekte widmen sich besonders dem Aufbau von digitalen Industrieplattformen und Kollaborationen zwischen Unternehmen. Sie realisieren beispielsweise prototypisch digital integrierte, unternehmensübergreifende Produktions­ und Logistikketten und beziehen additive Fertigungsmethoden (3D­Druck) ein. Andere wiederum befassen sich mit unternehmensübergreifendem Engineering von Produktionsanlagen oder arbeiten an offenen Baukastensystemen für Serviceroboter in Industrie und Dienstleistungsbranchen. Das Querschnittsprojekt IC4F hingegen erarbeitet eine übergreifende Kommunikations­ und Computing­Architektur für Industrie 4.0 Anwendungen, die insbesondere die kommenden 5G­Mobilfunknetze berücksichtigt.

Bezogen auf die Robotik: Wo liegen hier die Schwerpunkte der betreffenden PAiCE-Projekte?

Für die Erschließung eines Massenmarktes müssen vor allem Anschaffungskosten und Integrationsaufwand deutlich gesenkt und Fähigkeiten stärker auf die Nachfrage ausgerichtet werden. Vereinfachte Wiederverwendungen von Softwarekomponenten können Kosten bei der Systemintegration einsparen. Servicerobotik-Plattformen, die eine arbeitsteilige Entwicklung anbieten, ermöglichen schnellere und kostengünstigere Realisierungen innovativer Ideen auf Basis bereits bestehender und wiederverwendbarer Lösungen, verfügbarer Standardkomponenten und Dienstleistungsangebote. In PAiCE konzentrieren sich die Plattformprojekte RoboPORT, RoboTOP und SeRoNet, auf verschiedene Aspekte des Beschaffungs- und Softwareentwicklungsprozesses von Robotern im B2B Bereich. RoboPORT nimmt eine Sonderstellung ein und konzentriert sich mit seinem Open-Innovation Ansatz auf die Phase der Ideenfindung, den Innovationsprozess und das Crowd-Sourcing. Die PAiCE Robotikprojekte QBIIK, AutARK und BakeR stellen sich Herausforderungen, um den Einzug in Aufgabenbereiche zu halten, die bisher nur von Menschen erledigt werden können und die Zusammenarbeit mit Menschen erfordern (Mensch Roboter Kollaboration, MRK). Dies beinhaltet die Flexibilisierung des Aufgabenrepertoires (BakeR), die Automatisierung der Arbeitsteilung (QBIIK) sowie sehr hohe Sicherheitsstandards, um die körperliche Unversehrtheit der mit dem Roboter interagierenden Menschen zu garantieren (AutARK).

Jetzt Newsletter abonnieren

Verpassen Sie nicht unsere besten Inhalte

Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung.

Aufklappen für Details zu Ihrer Einwilligung

Welche Institutionen/Firmen sind am Cluster Robotik im Rahmen von PAiCE beteiligt?

Wir haben im Cluster Robotik tolle Partner an unserer Seite. Für die Projekte RoboPORT, SeRoNet und BakeR arbeiten wir eng mit vielen Fraunhofer-Instituten zusammen, bei Robotop mit Icarus Consulting GmbH, bei AutARK mit Pumacy Technologies AG und schließlich bei QBIIK mit dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT).

Welche Roboteranwendungen stehen im Mittelpunkt der PAiCE-F&E-Aktivitäten? Welche Branchen sollen von den F&E-Ergebnissen profitieren?

Die Anwendungsbereiche sind sehr divers und abhängig von den einzelnen Projekten. Bei Autark beispielsweise steht ein Assistenzsystem für sichere Mensch-Roboter-Kollaboration durch intelligente Kleidung im Mittelpunkt. Bei QBIIK und SeRoNet geht es um Kommissionierung, bei RoboTOP und SeRoNet um Bestückung, Bin-Picking und Montage und bei BakeR liegt der Fokus auf professioneller Reinigung. Generell schließen wir für unsere Anwendungen keine Branchen aus. Allerdings haben wir bedingt durch die Wichtigkeit der Unterstützung in Produktionsprozessen in den Branchen Logistik und Dienstleistung aktuell einen Schwerpunkt.

Gibt es auch zwischen den diversen PAiCE-Clustern so etwas wie "kommunizierende Röhren", das heißt clusterübergreifende Aktivitäten?

Die Begleitforschung unterstützt den Austausch zwischen Projekten mit anderen Schwerpunkten. So wurden gemeinsame Leitfäden und Publikationen im Bereich der Interoperabilität insbesondere mit Projekten aus dem Engineering-Cluster erstellt. Darüber hinaus fand ein reger Austausch mit weiteren Clustern zu querschnittlichen Fragestellungen statt, wie rechtliche Aspekte oder die Ausrichtung von neuen Geschäftsmodellen.

Inwieweit hat man bei den F&E-Aktivitäten des Robotik-Clusters die Automatisierungsbedürfnisse und -möglichkeiten des Mittelstands im Auge?

Der Mittelstand ist die zentrale Zielgruppe der Robotik-Entwicklungen in PAiCE. Der Bedarf an Service-Robotik-Lösungen ist besonders im Mittelstand enorm hoch, dennoch setzen sich diese dort bislang nur schleppend durch. Ein wesentlicher Grund ist ein gewisses Marktversagen auf Angebotsseite. Lösungen sind bislang zu teuer, zu aufwendig, zu unwirtschaftlich. Die PAiCE-Robotik-Projekte schaffen Plattformen, um Anbieter, Anwender und Integratoren effizient zu vernetzen und Transparenz zu schaffen. Der Endnutzer kann auf der Plattform seine Automatisierungsprobleme konkretisieren, beispielhafte Lösungen anschauen oder bedarfsgerecht Lösungsangebote einholen. Er bekommt eine Übersicht über Technologien, vergleichende Kostenabschätzungen sowie die Vermittlungsmöglichkeit zu Lösungsanbietern. Gleichzeitig können relevante Akteure über die Plattform Lösungen bedarfsgerecht, kosteneffizient und kollaborativ entwickeln und anbieten.

Steffen Wischmann studierte Technische Biologie und Bionik und promovierte 2007 an der Universität Bonn über die Kommunikation und Kooperation in Roboterschwärmen. Anschließend arbeitete er an der EPFL in Lausanne im Management von internationalen FuE-Projekten rund um die Themen Robotik und künstliche Intelligenz. Seit 2013 ist Dr. Steffen Wischmann in der VDI/VDE Innovation + Technik GmbH tätig und leitet u.a. im Technologieprogramm PAiCE das Cluster Robotik.
Steffen Wischmann studierte Technische Biologie und Bionik und promovierte 2007 an der Universität Bonn über die Kommunikation und Kooperation in Roboterschwärmen. Anschließend arbeitete er an der EPFL in Lausanne im Management von internationalen FuE-Projekten rund um die Themen Robotik und künstliche Intelligenz. Seit 2013 ist Dr. Steffen Wischmann in der VDI/VDE Innovation + Technik GmbH tätig und leitet u.a. im Technologieprogramm PAiCE das Cluster Robotik.
(Bild: VDIVDE-IT GmbH)

PAiCE ist mit 55 Millionen Euro aus BMWi-Mitteln dotiert. Allein in die Förderung der künstlichen Intelligenz will die Bundesregierung im Rahmen des neuen Konjunkturpakets rund bis 2025 5 Milliarden Euro investieren. Wirkt da die finanzielle Ausstattung von PAiCE - nicht zuletzt angesichts der thematischen Bandbreite des Programms - etwas "mager"?

PAiCE ist nicht das erste Programm mit zentralem Robotikanteil seitens BMWi. In diversen Vorgängerprogrammen wurden Roboterlösungen entwickelt und Grundlagen für die aktuellen Entwicklungen in PAiCE gelegt. Es gibt zwar kein zentrales Robotikprogramm auf nationaler Ebene, dieses findet sich aber auf europäischer Ebene. In Deutschland existiert zudem eine sehr aktive Robotik-Entwicklungs-Szene, so dass deutlich mehr Förderung als 55 Millionen Euro in die deutsche Robotikforschung fließen.

Zwischen KI und Robotik gibt es allerlei Berührungspunkte - Stichwort kognitive Robotik. Könnte da eine engere inhaltliche Zusammenarbeit beziehungsweise Abstimmung von Forschungsprojekten und Forschungsförderung nicht generell sinnvoll sein?

In der Servicerobotik gilt die Programmierung von adaptiven Kontrollsystemen zurzeit als größte Herausforderung. Die Entwickler setzen zur Flexibilisierung der Kontrollsoftware zunehmend auf KI, was ein zentraler Enabler sein wird. Datengetriebene Verfahren wie maschinelles Lernen (ML), können Lösungen finden, die einen hohen Grad an Flexibilität in Wahrnehmung und Handlung erfordern. Der Austausch zwischen KI-zentrierten Projekten mit Robotikbezug ist essenziell. Das Projekt KnowledgeForRetail aus dem laufenden KI-Innovationswettbewerb des BMWi greift beispielsweise sehr viele der Entwicklungen des PAiCE-Projekts SeRoNet auf und integriert diese in intelligente Roboter für den Einsatz im Einzelhandel.

In den vom IFR genannten Ländern/Regionen (China, Japan, Korea, EU, USA) wird teilweise in ähnlichen Disziplinen geforscht - beispielsweise in der Servicerobotik. Ist hier zum Beispiel eine länderübergreifende Zusammenarbeit auch im Rahmen des PAiCE-Programms angedacht oder tendiert man eher in Richtung Abgrenzung?

Auf europäischer Ebene funktioniert dieser Austausch hervorragend. Die EU-Robotics-Assoziation verbindet alle entscheidenden Robotik-Akteure. Viele deutsche Partner, auch aus den PAiCE-Robotik-Projekten, sind an EU-Projekten beteiligt und heben offensichtliche Synergien. SeRoNet kooperiert beispielsweise eng mit dem europäischem Projekt RobMoSyS. Auch das jährliche European-Robotics-Forum hat sich zu einer wichtigen europäischen Austauschplattformen etabliert. Mittlerweile sind zunehmend Gäste aus den USA und aus Asien anwesend, die sonst nur an den großen internationalen Konferenzen IROS und ICRA teilnehmen. Es gibt zudem transkontinentale Kooperationen, so fördert das BMWi vereinzelt Projekte zwischen Deutschland und Japan oder Kanada.

Das Image der Robotertechnik ist in Deutschland recht positiv. Dennoch stellt sich die Frage, ob die Qualifizierung der Beschäftigten – vor allem in den mittelständischen Betrieben - dem raschen Fortschritt in der Robotik noch Schritt hält. Inwieweit ist Qualifikation für Sie ein Thema?

Es ist ein wichtiges und zentrales Thema. Wir sehen zwei parallele Trends in der Robotik. Zum einem werden Systeme immer leistungsfähiger, zum anderen werden sie immer einfacher zu bedienen und programmieren. Es muss kein ausgebildeter Informatiker mehr sein, der Roboter einsetzt und instruiert. Es braucht zwar ein gewisses Maß an Qualifikation, ein Studium ist dafür aber nicht mehr erforderlich. Die Akzeptanz von Servicerobotern bei den Mitarbeitern spielt allerdings eine zentrale Rolle für den erfolgreichen Einsatz im operativen Betrieb. Es gibt viele nichttechnische Herausforderungen mit sozialen und ethischen Implikationen in Bezug auf körperliche und psychische Unversehrtheit, Veränderungen der Arbeitswelt, Haftung und Datensouveränität sowie Selbstbestimmung und Transparenz. Die Verbreitung von Servicerobotern und deren erfolgreiche Kooperation mit Menschen wird daher stark davon beeinflusst werden, inwiefern Personen, die mit ihnen arbeiten, sie akzeptieren. Die Begleitforschung zum PAiCE-Programm hat speziell dafür eine Studie erstellt, die praxisorientierte Tools und Strategien zur Akzeptanzsteigerung aufzeigt.

Vielen Dank für diese interessanten Eindrücke.

(ID:46734631)