Eine Höhe von 1,50 m, ein Gewicht von knapp 60 kg und integrierte, künstliche Intelligenz: der humanoide Roboter ergoCub wurde von Beginn an ganzheitlich konzipiert. Er sollte nicht nur eine isolierte technische Aufgabe lösen können, sondern ein vielseitiger Helfer sein, der sich flexibel an unterschiedliche Arbeitssituationen anpasst und den Menschen aktiv unterstützt. Das Projekt entstand aus einer strategischen Zusammenarbeit zwischen dem Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) in Genua und dem Istituto nazionale per l’assicurazione contro gli infortuni sul lavoro (INAIL) in Rom und adressiert ein zentrales Anliegen des modernen Arbeitsschutzes: die Prävention von Arbeitsunfällen sowie von weit verbreiteten Muskel-Skelett- und Bindegewebserkrankungen. Als Weiterentwicklung seines Vorgängers fokussiert sich ergoCub vor allem auf die Anforderungen der Mensch-Roboter-Kollaboration. Im Sinne von Industry 5.0 soll er dabei als proaktiver „Arbeitskollege“ agieren, der menschliche Bedürfnisse erkennt, Ermüdung reduziert und potenzielle Fehler frühzeitig antizipiert.
Wo Antriebssysteme Bewegung möglich machen
Das menschenähnliche Erscheinungsbild des ergoCubs wird dem Anspruch eines „humanoiden“ Systems konsequent gerecht. Seine Fortbewegung orientiert sich an der natürlichen Gehweise des Menschen, ergänzt durch ausgeprägte Fähigkeiten zur Orientierung, die auf einer Kombination aus Sensorik und KI basieren. Funktionale Arme und Hände ermöglichen zudem das gezielte Greifen und Tragen von Objekten. Das zweibeinige Design des ergoCub berücksichtigt dabei ergonomische Aspekte, sodass der Roboter den Energieaufwand bei gleichzeitig flüssigen Bewegungsabläufen minimieren kann. Bei der Auswahl und Integration der Antriebssysteme wurde deshalb Wert auf Leistungsfähigkeit und Kompaktheit gelegt.
FAULHABER-Komponenten kommen gezielt dort zum Einsatz, wo Präzision, geringe Baugröße und dynamische Eigenschaften eine zentrale Rolle spielen: im Unterarm und im Nacken des Roboters. Im Unterarm werden zwei unterschiedliche Motorsätze eingesetzt: Einer steuert über einen Seilzugmechanismus das Öffnen und Schließen der Finger, während ein zweiter das als sphärischer Parallelmechanismus ausgeführte Handgelenk antreibt und somit komplexe, fein abgestimmte Bewegungen ermöglicht.
Der Nacken hingegen ist als serieller Mechanismus konzipiert und erfordert eine besonders effiziente Nutzung des begrenzten Bauraums. Hier haben sich die Außenläufermotoren der BXTH-Serie bewährt, die trotz kompakter Abmessungen eine hohe Leistungsdichte bereitstellen und es ermöglichten, einen zuvor verwendeten seilbasierten Mechanismus durch eine leistungsfähigere und integrierte Lösung zu ersetzen.
Darum FAULHABER: Sicher in jeder Bewegung
Die Entscheidung für FAULHABER basierte auf einer Kombination technischer und praktischer Kriterien, die eng mit den Anforderungen humanoider Robotik verknüpft sind.
Lorenzo Protopapa, Chief Mechanical Engineer of the facility Mechatronics for Embodied Systems and Humanoids at IIT, erklärt: „Ausschlaggebend für uns war unter anderem das hohe Drehmoment-pro-Baugrößen-Verhältnis, das es erlaubt, leistungsstarke Aktuatoren in die stark begrenzten Gelenkstrukturen des humanoiden Systems zu integrieren. Ebenso wichtig waren die hohe Zuverlässigkeit und konsistente Performance der Komponenten, da wir langandauernde Versuchsreihen und iterativen Entwicklungszyklen haben.“
Die Verfügbarkeit integrierter Lösungen aus Motoren, Getrieben und Encodern waren ein weiterer Vorteil, wodurch sich die Systemintegration deutlich vereinfachen lässt. Darüber hinaus tragen die gleichmäßigen und präzisen Bewegungseigenschaften der Antriebe dazu bei, eine sichere und natürliche Interaktion zwischen Mensch und Roboter zu gewährleisten. Nicht zuletzt spielte auch der technische Support eine entscheidende Rolle, da er die Auswahl, Auslegung und Anpassung der Komponenten während der Entwicklungsphase maßgeblich unterstützt hat.
Wie Mensch und Roboter zusammenarbeiten
Dank seines menschenähnlichen Aufbaus, der fortschrittlichen sensorischen Fähigkeiten und der Möglichkeit über die Wearable-Technologie zu interagieren, kann ergoCub sein Potenzial in komplexen, realitätsnahen Anwendungen entfalten. Im Projekt geht es vor allem auch um menschliche Aspekte und nicht nur um technische Fragen. Denn ergoCub soll nicht als kontrollierende Maschine, sondern als vertrauenswürdiger und unterstützender Partner im Arbeitsalltag wahrgenommen und akzeptiert werden.
Ein denkbares Arbeitsszenario kann in industriellen und logistischen Umgebungen sein, etwa in vertikal strukturierten Lagerhäusern, in denen klassische fahrende Robotersysteme an ihre Grenzen stoßen. Hier kann ergoCub mit seiner Fähigkeit zur kooperativen Interaktion überzeugen, beispielsweise beim gemeinsamen Heben und Tragen schwerer Lasten oder beim präzisen Erkennen und Handhaben anspruchsvoller Objekte. Auch im Gesundheitswesen eröffnet ergoCub zukunftsweisende Perspektiven: Obwohl ein flächendeckender Einsatz in klinischen Settings bislang noch aussteht, wird der Roboter gezielt mit Blick auf die Unterstützung von Pflege- und medizinischem Personal entwickelt. Insbesondere bei körperlich belastenden Tätigkeiten wie dem Patiententransfer oder der Begleitung von Gehbewegungen kann er dazu beitragen, physische Belastungen zu reduzieren und die Arbeitssicherheit zu erhöhen.
Darüber hinaus ermöglicht ergoCub neue Formen der Tele-Existenz und Teleoperation, indem er als immersiver roboterbasierter Avatar fungiert, über den Bediener ihre Wahrnehmung und Handlungen über große Distanzen hinweg übertragen können. Ergänzt wird dieses Spektrum durch alltagsnahe, kollaborative Assistenzaufgaben: Der Roboter ist in der Lage, einfache kooperative Tätigkeiten auszuführen, menschliche Aktionen zu erkennen, Objekte beidhändig zu manipulieren und diese im Raum semantisch zu verorten. Damit unterstreicht ergoCub seinen Anspruch, als vielseitiger und integrativer Partner in unterschiedlichsten Arbeits- und Lebenskontexten eingesetzt zu werden.
Vom Labor in den Alltag
Der Übergang von ergoCub aus der kontrollierten Laborumgebung in reale industrielle oder medizinische Einsatzfelder markiert einen zentralen Entwicklungsschritt. Allerdings ist dieser Schritt nicht so einfach und mit grundlegenden technologischen Herausforderungen verbunden.
Eine der wichtigsten Voraussetzungen hierfür ist die Energieautonomie: Während der aktuelle Prototyp mit einer integrierten Lithium-Ionen-Batterie etwa eine Stunde kabellosen Betriebs ermöglicht – ausreichend für Forschungs- und Demonstrationszwecke –, erfordert ein praktischer Einsatz als „Arbeitskollege“ in Logistik oder Pflege deutlich längere und zugleich effizientere Betriebszeiten.
Ebenso entscheidend ist die Gewährleistung von Sicherheit in der Mensch-Roboter-Kollaboration. Gegenwärtig sind viele humanoide Systeme, einschließlich ergoCub, noch auf externe Sicherheitsmechanismen angewiesen und nicht vollständig für eine unbeaufsichtigte Interaktion mit Menschen zertifiziert. Für den realen Einsatz ist es jedoch unerlässlich, dass auch in kritischen Situationen – etwa bei Systemausfällen oder unvorhersehbaren Umgebungsänderungen – zuverlässige und ungefährliche Reaktionen garantiert sind.
Darüber hinaus rückt die Weiterentwicklung der sogenannten „Embodied AI“ in den Fokus: Während moderne KI-Ansätze wie große Sprachmodelle oder Vision-Language-Action-Modelle die kognitive Leistungsfähigkeit von Robotern erheblich erweitern, bleibt die Herausforderung bestehen, diese Fähigkeiten mit einem robusten Verständnis physikalischer Zusammenhänge in der realen Welt zu verbinden.
Erst das Zusammenspiel aus energetischer Effizienz, sicherer Interaktion und tiefgreifender, körperlich verankerter Intelligenz wird es ermöglichen, humanoide Roboter wie ergoCub aus dem Prototypenstatus in den verlässlichen Alltagseinsatz zu überführen.