Die Geschichte der Cobots

Die Geschichte der Cobots – Von den Anfängen bis zur modernen Automatisierung

Die Geschichte der Cobots, auch kollabierende Roboter genannt, begann in den 1990er-Jahren, als die Idee aufkam, Industrieroboter zu entwickeln, die sicher und direkt mit Menschen interagieren können. Während klassische Industrieroboter oft hinter Sicherheitsbarrieren arbeiten mussten, sollten Cobots eine neue Art der Automatisierung ermöglichen, die den Menschen nicht ersetzt, sondern unterstützt.

Der Begriff „Cobot“ wurde erstmals 1996 von J. Edward Colgate und Michael Peshkin an der Northwestern University in den USA geprägt. Ihr Ziel war es, ein System zu schaffen, das mit Menschen zusammenarbeitet, ohne Gefahr für die menschlichen Arbeitskräfte darzustellen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Robotern, die fest programmierte Abläufe ausführen, sollten Cobots flexibel auf Eingaben reagieren können.

Der erste praktische Einsatz von Cobots erfolgte in der Automobilindustrie. General Motors erkannte das Potenzial dieser Technologie früh und begann mit der Entwicklung von Systemen, die Montageprozesse erleichtern sollten. In den frühen Anwendungen wurden Cobots beispielsweise genutzt, um schwere Bauteile präzise zu positionieren, während menschliche Arbeiter die Feinmontage durchführten. Diese Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine erwies sich als äußerst effizient, was die Grundlage für die Weiterentwicklung dieser Technologie legte.

---

Die Verbreitung und Spezialisierung der Cobots

Mit der Weiterentwicklung von Sensorik, Künstlicher Intelligenz (KI) und maschinellem Lernen wurden Cobots immer spezialisierter und vielseitiger. Während die ersten Cobots einfache Assistenzsysteme waren, konnten spätere Generationen bereits komplexe Aufgaben autonom übernehmen.

Ein entscheidender Schritt in Richtung kommerzieller Verbreitung wurde durch das dänische Unternehmen Universal Robots (UR) gemacht. 2008 brachte UR den UR5 auf den Markt, einen der ersten industriell nutzbaren Cobots. Er war leicht, flexibel und konnte ohne tiefgehende Programmierkenntnisse eingesetzt werden. Diese Benutzerfreundlichkeit machte ihn besonders attraktiv für kleine und mittelständische Unternehmen.

Neben Universal Robots traten weitere Unternehmen in den Markt ein. Rethink Robotics, ein US-amerikanisches Unternehmen, entwickelte „Baxter“ und „Sawyer“, zwei Cobots, die speziell für kleine Fertigungsbetriebe konzipiert waren. Auch große Roboterhersteller wie KUKA, ABB und Fanuc erkannten das Potenzial und entwickelten eigene Cobot-Modelle mit erweiterten Funktionen.

Die Spezialisierung nahm mit der Zeit weiter zu. Moderne Cobots können nicht nur einfache Greif- und Hebebewegungen ausführen, sondern auch feinmotorische Aufgaben wie das Einsetzen von Schrauben oder das präzise Dosieren von Flüssigkeiten. Durch die Integration von Bildverarbeitungssystemen und KI sind sie inzwischen in der Lage, komplexe visuelle Prüfungen durchzuführen oder eigenständig Montageprozesse zu optimieren.

Massentauglichkeit und Branchenvielfalt

Mit zunehmender Effizienz und sinkenden Kosten wurde der Einsatz von Cobots auch außerhalb der Automobilindustrie immer attraktiver. Heute sind Cobots in einer Vielzahl von Branchen zu finden, darunter:

1. Elektronikindustrie: Hier übernehmen Cobots präzise Aufgaben wie das Löten von Leiterplatten oder die Inspektion von Bauteilen auf Mikroebene.
2. Lebensmittelindustrie: Sie werden beim Verpacken, Sortieren und sogar beim Zubereiten von Lebensmitteln eingesetzt. Einige Restaurants experimentieren bereits mit Cobot-Köchen, die Burger braten oder Sushi rollen.
3. Medizin und Pharmazie: Cobots spielen eine entscheidende Rolle in der Produktion und Verpackung von Medikamenten, in der Prothesenherstellung und in der Chirurgie. Roboter wie der Da Vinci-Operationsroboter ermöglichen minimalinvasive Eingriffe mit höchster Präzision.
4. Logistik und E-Commerce: Unternehmen wie Amazon, DHL und UPS setzen Cobots in Lagerhäusern ein, um Pakete zu sortieren und Transportwege zu optimieren.
5. Handwerk und Kleinbetriebe: Aufgrund ihrer einfachen Programmierung und geringen Größe werden Cobots zunehmend von Handwerkern und kleinen Produktionsbetrieben genutzt, um monotone oder körperlich belastende Aufgaben zu übernehmen.

Innovative Cobots und ihre Einsatzgebiete

Die neuesten Generationen von Cobots zeichnen sich durch hohe Anpassungsfähigkeit, KI-Unterstützung und verbesserte Sicherheitsmechanismen aus:

• KI-gestützte Cobots: Sie können Muster erkennen, aus Erfahrungen lernen und sich eigenständig an veränderte Produktionsbedingungen anpassen.
• Autonome mobile Roboter (AMR): Diese Cobots bewegen sich selbstständig durch Fabriken und Lagerhäuser und transportieren Materialien effizient.
• Medizinische Cobots: Neben chirurgischen Assistenzrobotern werden auch Exoskelette entwickelt, die Menschen mit eingeschränkter Mobilität unterstützen können.
• Agrar-Cobots: In der Landwirtschaft werden Cobots zur automatisierten Ernte, zum Pflanzen und zur Unkrautbekämpfung eingesetzt.

Die globale Cobot-Strategie – Welche Länder setzen auf Cobots?

Einige Länder setzen besonders stark auf Cobots, um ihre Industrieproduktion zu optimieren:

• Deutschland: Aufgrund der starken Automobil- und Maschinenbauindustrie sind Cobots hier weit verbreitet.
• Japan: Mit Unternehmen wie Fanuc und Yaskawa gehört Japan zu den führenden Nationen im Bereich Robotik.
• China: China investiert massiv in Automatisierung, insbesondere in der Elektronikfertigung.
• USA: Amazon und Tesla treiben die Entwicklung von Cobots für Logistik und Fertigung voran.

Herausforderungen und Zukunft der Cobots

Obwohl Cobots bereits weit verbreitet sind, gibt es weiterhin Herausforderungen:

• Sicherheit: Die Interaktion zwischen Mensch und Maschine muss weiter optimiert werden, um Unfälle zu vermeiden.
• Flexibilität: Cobots sollen noch anpassungsfähiger an verschiedene Aufgaben werden.
• Regulatorische Hürden: Unterschiedliche Länder haben verschiedene Vorschriften für den Einsatz von Cobots.
• Künstliche Intelligenz: Die Entwicklung autonomer Entscheidungsfindung wird entscheidend für die nächste Generation von Cobots sein.

Unternehmen wie Boston Dynamics, Universal Robots, ABB, Fanuc und Tesla setzen weiterhin auf Innovationen, um Cobots noch effizienter und sicherer zu gestalten. In den kommenden Jahren dürften Cobots eine noch größere Rolle in der Industrie, Logistik und sogar im täglichen Leben spielen.

J. Edward Colgate – Entwicklung der Cobots

Das Wirken und die Forschung von J. Edward Colgate an der Northwestern University

J. Edward Colgate ist ein renommierter Professor für Maschinenbau an der Northwestern University und zählt zu den führenden Wissenschaftlern im Bereich der kollaborativen Robotik und haptischen Technologien. Seine Forschung hat maßgeblich zur Entwicklung innovativer Mensch-Maschine-Interaktionen beigetragen und beeinflusst bis heute zahlreiche industrielle und akademische Entwicklungen.

Frühe Karriere und akademischer Werdegang

Colgate erhielt seinen Bachelor- und Masterabschluss in Maschinenbau an der Massachusetts Institute of Technology (MIT), bevor er seinen Doktortitel an der Northwestern University erwarb. Bereits früh in seiner Karriere zeigte er großes Interesse an den Schnittstellen zwischen Mechanik, Elektronik und Mensch-Maschine-Interaktion. Seit seiner Berufung als Professor an der Northwestern University hat er zahlreiche wegweisende Forschungsprojekte geleitet.

Entwicklung der Cobots

Eine der bedeutendsten Errungenschaften von Colgate ist die Mitentwicklung der kollaborativen Roboter, auch Cobots genannt. Gemeinsam mit Michael Peshkin prägte er in den 1990er-Jahren den Begriff „Cobot“ und entwickelte eine neue Klasse von Robotersystemen, die speziell für die sichere Interaktion mit Menschen konzipiert sind. Die ersten Cobots wurden für Anwendungen in der Automobilindustrie entwickelt, wo sie Arbeitern bei Montageprozessen unterstützten, ohne dabei die Autonomie des Menschen einzuschränken.

Colgate und Peshkin entwickelten innovative Sensor- und Steuerungstechnologien, die es Cobots ermöglichten, sich an menschliche Bewegungen anzupassen und in Echtzeit darauf zu reagieren. Diese Technologie bildet bis heute die Grundlage vieler moderner Roboterlösungen in der Industrie, Medizin und Forschung.

Haptische Technologien und taktile Interfaces

Neben seiner Arbeit an Cobots hat Colgate wesentliche Fortschritte im Bereich der haptischen Interaktion erzielt. Seine Forschungen zur Haptik – also der Wahrnehmung von Berührung und Bewegung – haben die Entwicklung von taktilen Schnittstellen und virtuellen Realitätssystemen stark beeinflusst.

Colgate und sein Team haben unter anderem an vibrotaktilen Rückmeldesystemen gearbeitet, die es ermöglichen, physische Oberflächen oder Widerstände in virtuellen Umgebungen realistisch zu simulieren. Diese Entwicklungen sind besonders in Bereichen wie der medizinischen Ausbildung, der Fernchirurgie und der virtuellen Realität von großer Bedeutung.

Industriekooperationen und technologische Anwendungen

Dank seiner interdisziplinären Expertise arbeitet Colgate regelmäßig mit Unternehmen aus der Industrie zusammen. Seine Entwicklungen fanden Anwendung in zahlreichen High-Tech-Branchen, darunter Medizintechnik, Automatisierung und Unterhaltungselektronik.

Ein Beispiel für eine erfolgreiche Kooperation ist seine Zusammenarbeit mit Universal Robots und anderen führenden Herstellern von Robotiklösungen, bei denen seine Forschungsergebnisse in moderne, praxisnahe Anwendungen umgesetzt wurden.

Zukunft der Forschung und Einfluss auf neue Technologien

J. Edward Colgate bleibt eine treibende Kraft in der Robotik- und Haptikforschung. Aktuell konzentriert sich seine Arbeit auf die Verbesserung von Mensch-Roboter-Interaktionen durch noch feinere haptische Rückmeldesysteme sowie den Einsatz von künstlicher Intelligenz zur Optimierung von Roboterbewegungen.

Seine Forschungsarbeiten werden weiterhin neue Generationen von Robotern und interaktiven Systemen prägen, insbesondere in den Bereichen Medizintechnik, Assistenzrobotik und immersive Technologien. Dank seiner bahnbrechenden Arbeiten an der Northwestern University bleibt Colgate eine Schlüsselfigur in der Entwicklung von Technologien, die das Zusammenspiel von Mensch und Maschine revolutionieren.

Michael Peshkin: Forschung und Wirken an der Northwestern University

Professor Michael A. Peshkin ist ein angesehener Wissenschaftler und Professor für Maschinenbau an der Northwestern University. Seine Forschung konzentriert sich auf die Interaktion zwischen Mensch und Maschine, insbesondere in den Bereichen Robotik, haptische Technologien und rehabilitative Robotik.

Peshkin erwarb seinen Ph.D. in Physik an der Carnegie Mellon University im Jahr 1987, nachdem er zuvor einen M.S. in Experimentalphysik an der Cornell University und einen B.A. in Physik an der University of Chicago abgeschlossen hatte.

In den 1990er Jahren entwickelte Peshkin gemeinsam mit Kollegen das Konzept der „Cobots“ (Collaborative Robots). Diese Roboter sind darauf ausgelegt, sicher und effizient mit menschlichen Arbeitskräften zusammenzuarbeiten, indem sie physische Interaktionen ermöglichen und unterstützen. Dieses innovative Konzept hat die industrielle Automatisierung revolutioniert und neue Maßstäbe für die Mensch-Roboter-Kollaboration gesetzt.

Neben den Cobots hat Peshkin bedeutende Beiträge im Bereich der haptischen Technologien geleistet. Er ist Mitbegründer von Tanvas, einem Unternehmen, das sich auf die Entwicklung von Technologien zur haptischen Rückmeldung für Touchscreens spezialisiert hat. Diese Technologie ermöglicht es Benutzern, taktile Empfindungen auf glatten Oberflächen zu spüren, was das Benutzererlebnis von Touchscreens erheblich verbessert.

Peshkin hat auch mehrere andere Unternehmen mitbegründet, darunter Kinea Design, das robotische Assistenzgeräte für Physiotherapeuten entwickelt, sowie Cobotics, das sich auf die Kommerzialisierung von Cobots und verwandten menschlichen Interaktionsrobotern konzentriert.

In seiner akademischen Laufbahn hat Peshkin zahlreiche Auszeichnungen erhalten, darunter den ASEE Ralph Coats Roe National Educator Award und die Ernennung zum Fellow der National Academy of Inventors. Er wurde auch als Charles Deering McCormick Professor of Teaching Excellence anerkannt.

In der Lehre hat Peshkin innovative Kurse wie „Electronics Design“ entwickelt, in dem Studierende lernen, Schaltungen zu entwerfen und zu debuggen, indem sie ein tragbares „Workbench in a Backpack“ verwenden, anstelle traditioneller fester Labore. Er hat auch den Kurs „Engineering Analysis 3: System Dynamics“ erstellt, der von fast allen Erstsemesterstudierenden der Ingenieurwissenschaften belegt wird und Teil des „Engineering First“-Curriculums der Northwestern University ist.

Professor Peshkins Engagement für Forschung und Lehre hat maßgeblich zur Weiterentwicklung der Mensch-Roboter-Interaktion und der haptischen Technologien beigetragen und gleichzeitig die Ausbildung zukünftiger Ingenieure geprägt.