Robotik und additive Fertigung im Jahr 2023

Es war ein großartiges Jahr für den technologischen Fortschritt, mit Durchbrüchen in den Bereichen Quantencomputing und 5G bis hin zu AR/VR, großen Sprachmodellen und künstlicher Intelligenz (KI). Die Technologielandschaft hat sich durch diese bahnbrechenden Innovationen dramatisch verändert.

Heute werden wir uns mit zwei wichtigen Branchen befassen: Robotik und Additive Fertigung, um zu sehen, wohin wir uns bewegen.

Die Robotik erlebte ein besonders aufregendes Jahr 2023 mit dem Aufkommen neuer Technologien, da Entwickler die Grenzen dessen, was Roboter leisten können, immer weiter verschiebten. All diese Fortschritte in diesem Sektor deuten darauf hin, dass die Robotik die dominierende Technologie in der sich ständig verändernden Technologielandschaft ist, da sie die Art und Weise, wie wir arbeiten, leben und spielen, revolutioniert und zu einem wesentlichen Bestandteil unseres Lebens wird.

Dann gibt es noch die additive Fertigung (AM) oder additive Schichtfertigung (ALM), bei der es darum geht 3D Druck. Dabei handelt es sich um einen computergesteuerten Prozess, bei dem Materialien, meist in Schichten, aufgetragen werden, um aus dreidimensionalen Modelldaten Objekte zu erstellen.

Sehen wir uns also die wichtigsten Entwicklungen in diesen beiden Branchen im Jahr 2023 an!

Humanoide Roboter führen die Robotik an 

Robotik ist der Bereich, der sich mit der Konzeption, dem Design, der Konstruktion und dem Einsatz von Robotern zur Ausführung von Aufgaben befasst, die typischerweise von Menschen erledigt werden. Dabei handelt es sich bei Robotern um automatisch betriebene Maschinen, die häufig einfache, sich wiederholende Aufgaben selbstständig ausführen.

In diesem Jahr sorgten mehrere menschenähnliche Roboter, sogenannte humanoide Roboter, für Schlagzeilen. Sie werden als humanoide Roboter bezeichnet, weil sie der menschlichen Körperform ähneln und typischerweise aus Rumpf, Kopf, Armen und zwei Beinen bestehen. In erster Linie sind diese Roboter für die Interaktion mit menschlichen Werkzeugen konzipiert und werden auch für Inspektions- und Wartungsarbeiten eingesetzt. Die neuesten Versionen dieser Roboter können sprechen, gehen und wie Menschen arbeiten.

Zu den beliebtesten humanoiden Robotern gehört Nadine des japanischen Unternehmens Kokoro, ein empathischer Roboter mit Persönlichkeit, Stimmung und Emotionen, der Blickkontakt herstellt und Grüße erwidert. Geminoid DK ist ein weiterer ultrarealistischer Humanoid, der wie ein Mensch aussieht. Der Humanoid Junco Chihira wurde von Toshiba entwickelt, arbeitet in einem Touristeninformationszentrum und verfügt über Spracherkennungsfunktionen. Und dann ist da noch Jia Jia, der mithilfe von Sprachgenerierungsalgorithmen und Gesichtserkennungstechnologien ein normales Gespräch mit mikrobiellen Gesichtsausdrücken führen kann.

Nicht zu vergessen ist Sophia, der fortschrittlichste humanoide Roboter. Sophia wurde 2016 von Hanson Robotics entwickelt und ist der erste Roboterbürger der Welt. Sie ist außerdem Innovationsbotschafterin für das UN-Entwicklungsprogramm. Ihr Ziel war es, einen Roboter zu schaffen, der soziale Fähigkeiten erlernt. Dafür wurden neuronale Netzwerke und KI integriert, um menschliche Gesichter zu erkennen und Gesten und Emotionen zu verstehen.

Die Weltraumbehörde NASA hat ebenfalls einen humanoiden Roboter namens Valkyrie entwickelt, der 6 Meter groß ist und 2 Kilogramm wiegt. Dieser zweibeinige humanoide Roboter befindet sich derzeit in der letzten Testphase im Johnson Space Center der NASA in Texas. Der Roboter ist für den Einsatz in zerstörten oder zerstörten Umgebungen konzipiert, also in Gebieten, die von Naturkatastrophen betroffen sind.

Roboter wie Valkyrie könnten eines Tages auch im Weltraum eingesetzt werden. Shaun Azimi, Leiter des NASA-Teams für Dexterous Robotics, sagte, dass humanoide Roboter im Weltraum riskante Aufgaben übernehmen könnten, sodass sich Astronauten auf Erkundung und Entdeckung konzentrieren könnten. Die Idee dabei sei nicht, menschliche Besatzungen zu ersetzen, sondern humanoide Roboter die „langweiligen, schmutzigen und gefährlichen“ Arbeiten wie das Reinigen von Solarmodulen oder die Inspektion defekter Ausrüstung von Raumfahrzeugen übernehmen zu lassen, während sich die Menschen auf „höhere Aufgaben“ konzentrieren.

Zu diesem Zweck hat die NASA mit Robotikunternehmen wie dem in Texas ansässigen Unternehmen Apptronik zusammengearbeitet, das Apollo mit der Fähigkeit entwickelt, „22 Stunden am Tag online“ zu sein, um lieferkettenorientierte Aufgaben in Lagern und Produktionsanlagen auszuführen und in Zukunft auch zu bewegen vom Einzelhandel über die Lieferung bis hin zum Weltraum. Apptronik plant, diese Roboter im darauffolgenden Jahr an Unternehmen auszuliefern.

Darüber hinaus kamen in diesem Jahr noch weitere humanoide Roboter auf den Markt, darunter Optimus von Tesla, H1 von Unitree, Phoenix der sechsten Generation von Sanctuary AI und Figure 01 von Figure AI. China hat kürzlich sogar Pläne angekündigt, bis 2025 humanoide Roboter in Massenproduktion herzustellen. Unterdessen baut Agility Robotics eine Fabrik namens „RoboFab“, um bis zu 10,000 Roboter pro Jahr herzustellen. E-Commerce-Riese Amazon hat außerdem mit der Durchführung der ersten kommerziellen Tests eines humanoiden Roboters begonnen.

Boston Dynamics leistet in diesem Bereich großartige Arbeit. Erfahren Sie mehr über das Unternehmen.

1. Boston Dynamics 

In der Welt der humanoiden Roboter ist Boston Dynamics der bekannteste Name. Anfang des Jahres veröffentlichte das Unternehmen Videos seines Atlas-Roboters, der auf einer simulierten Baustelle herumläuft, Bretter aufhebt und eine Tasche mit Werkzeugen wirft. Laut Ben Stephens, Leiter der Atlas-Steuerung, ist es noch ein weiter Weg, bis zweibeinige Roboter zuverlässig mit Menschen zusammenarbeiten können, aber „das ist die Zukunft der Robotik“.

Boston Dynamics wurde 1992 als Spin-off des MIT gegründet und ist ein Robotik-Design-Unternehmen, das auch Software für menschliche Simulation und Training entwickelt. Die Mission des Unternehmens ist die Konzeption und Herstellung außergewöhnlicher Roboter, die die Gefahren und körperlichen Belastungen der Arbeit reduzieren und das Leben der Menschen bereichern. 

Mit seinem humanoiden Roboter Atlas, den Boston Dynamics als „den dynamischsten humanoiden Roboter der Welt“ bezeichnet, erweitert das Unternehmen die Grenzen der Ganzkörpermobilität und der beidhändigen Manipulation. Atlas dient dazu, das Potenzial des humanoiden Formfaktors auszuloten und demonstriert die Bemühungen des Unternehmens, die nächste Generation von Robotern mit Mobilität, Wahrnehmung und Intelligenz zu entwickeln.

KI für die Mensch-Roboter-Interaktion

Künstliche Intelligenz oder KI, also die Intelligenz von Maschinen oder Software, hat in diesem Jahr enorme Fortschritte gemacht und ist zu einer treibenden Kraft bei der Transformation vieler Branchen, einschließlich der Robotik, geworden. Durch maschinelles Lernen ermöglicht KI Robotern, bestimmte Aufgaben zu lernen und auszuführen. 

Damit Roboter menschliches Verhalten, Gesten und Körpersprache verstehen und Emotionen ausdrücken können, sind KI-Techniken tatsächlich notwendig. Forscher nutzen Techniken wie Emotionserkennung, Spracherkennung und prädiktive Sprachmodelle, um nicht nur die Roboterkommunikation zu verbessern, sondern sogar emotional intelligenter zu interagieren.

Fortschritte in der KI verleihen Robotern kognitive Fähigkeiten, die zuvor nicht möglich waren, und machen KI-betriebene Roboter in einer Vielzahl von Branchen unverzichtbar. Aus dieser Schnittstelle zwischen Robotik und KI entstehen auch andere Branchen. Der Markt für KI-Robotik hat derzeit eine Größe von etwas mehr als 15 Milliarden US-Dollar und wird bis zum Ende dieses Jahrzehnts voraussichtlich auf 36.78 Milliarden US-Dollar anwachsen. 

KI wird in der Robotik bereits in vielfältiger Weise eingesetzt, angefangen beim maschinellen Lernen. Durch Lernen aus Daten und Erfahrungen, das für Aufgaben mit Mustererkennung unerlässlich ist, kann die Leistung von Robotern verbessert werden. Roboter nutzen außerdem KI-gestützte Computervision zur Analyse visueller Informationen, die für die Erkennung von Objekten, Personen und Hindernissen, die ihnen bei der Navigation helfen, unerlässlich ist. 

KI-Algorithmen unterstützen Roboter darüber hinaus dabei, die besten Wege zu formulieren, um sich in ihrer komplexen Umgebung zurechtzufinden. Sie verbessern ihre Finesse, indem sie eine präzise Steuerung von Armen und Greifern ermöglichen und autonome Entscheidungen treffen, um sich an dynamische Situationen anzupassen, ohne dass ein kontinuierlicher menschlicher Eingriff erforderlich ist. 

Durch die Integration von Natural Language Processing (NLP) können Roboter menschliche Befehle besser verstehen und darauf reagieren. Dies steigert ihren Wert in der Mensch-Roboter-Interaktion und macht sie benutzerfreundlicher. In diesem Bereich läutete OpenAIs ChatGPT, das größte Ereignis in den Bereichen Robotik, Automatisierung und KI dieses Jahres, eine neue Ära der Mensch-Computer-Interaktion ein. 

ChatGPT ist ein NLP-Tool, das auf KI-Technologie basiert und es Ihnen ermöglicht, menschenähnliche Gespräche mit einem Chatbot zu führen. Innerhalb weniger Monate, ChatGPT gewann 100 Millionen Benutzer, was dazu führte, dass eine Reihe von Unternehmen ihre eigenen generativen KI-Programme veröffentlichten. Andere Large Language Models (LLMs), die generative KI oder Konversations-KI ermöglichen, sind Googles Gemini LLM, das Bard antreibt, Amazons Olympus und Metas Llama 2.

Diese Entwicklung der generativen KI eröffnete neue Möglichkeiten in der Robotikbranche. Beispielsweise hat Microsoft Anfang des Jahres ChatGPT erweitert, um einen Roboterarm zu bedienen und eine Flugdrohne zu steuern. Das Unternehmen kündigte außerdem Pläne an, GPT-betriebene Roboter zu entwickeln und generative KI bei der Robotererstellung einzusetzen. Gleichzeitig nutzten Forscher in der Schweiz und den Niederlanden Erkenntnisse aus ChatGPT, um einen Roboter zum Tomatenpflücken zu entwickeln. Dann ist da noch Agility Robotics, das den Einsatz von LLMs zur Steuerung seines mobilen Manipulationsroboters Digit untersucht hat.

Wie wir gesehen haben, trägt KI dazu bei, die Fähigkeiten von Robotern zu verbessern und sie flexibler, intelligenter und kompetenter bei der Ausführung verschiedener Aufgaben zu machen. Sie ermöglicht es Robotern außerdem, menschliche Gesten zu erkennen, Absichten zu verstehen und entsprechend zu reagieren. Dies ermöglicht eine effizientere und sicherere Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter.

Klicken Sie hier für die Liste der besten Aktien aus der Robotik-Chirurgie.

2. Hanson Robotik

Dieses KI- und Robotikunternehmen entwickelt sozial intelligente Maschinen und steht hinter dem berühmten Roboter Sophia. Hanson Robotics beschäftigt sich mit Materialwissenschaft, Robotik, Forschung und Entwicklung im Bereich KI sowie Erlebnisdesign, um Roboter nicht nur als nützliche Produkte, sondern auch als fesselnde Charaktere zum Leben zu erwecken.

Im November 2023 entwickelte das in Hongkong ansässige Robotikunternehmen in Zusammenarbeit mit dem Luxus-Lifestyle-Unternehmen Dictador den weltweit ersten humanoiden KI-Roboter namens Mika. Mika kam als CEO zu Dictador und ist im Namen des Unternehmens „für das DAO-Projekt Arthouse Spirits und die Kommunikation mit der DAO-Community verantwortlich“. 

Das ist noch nicht alles. Mika erhielt außerdem den Titel eines Honorarprofessors während der Einweihung der Collegium Humanum-Universität 2023/24 und hielt eine Rede, in der er die Fortschritte im Bereich der KI hervorhob. David Hanson, der CEO von Hanson Robotics, hat betont, wie wichtig es ist, die KI-Technologie zu „humanisieren“ und dass der KI beigebracht werden muss, „sich um die Menschen zu kümmern“. 

Fortschrittliche 3D-Drucker

Während die erste 3D-Drucktechnologie bereits in den frühen 1980er Jahren erfunden wurde, ist sie in den letzten Jahren erheblich gewachsen und hat einen weltweiten Marktwert erreicht 18.33 Milliarden US-Dollar im Jahr 2022. Dieser Markt soll bis 100 auf fast 2032 Milliarden US-Dollar anwachsen.

Als Unternehmen in den 3er Jahren in Kombination mit dem Medienrummel damit begannen, günstige 2010D-Drucker für Endverbraucher anzubieten, betraten Giganten wie General Electric und Hewlett Packard den Markt, und jetzt sieht die Branche reale Anwendungen in Bereichen wie:

• Prototyping und Produktentwicklung
• Fertigungsindustrie
• Medizintechnik
• Luft- und Raumfahrt
• Bauwesen
• Automobilindustrie
• Fachwissen
• Forschung und mehr

Auf diese Weise werden traditionelle Märkte revolutioniert, um anderen Unternehmen dabei zu helfen, die Design-Finalisierung zu beschleunigen, mehr zu produzieren und schneller Innovationen zu entwickeln. 

In der Welt der additiven Fertigung oder des 3D-Drucks arbeiten Unternehmen daran, die Leistung von 3D-Druckern zu verbessern, um bestimmte Prozesse und Anwendungsfälle zu ermöglichen. Fortschritte in diesem Bereich reduzieren den Energiebedarf für additive Fertigungsprozesse und verbessern die Druckerbewegung. Diese Fortschritte führen zu einer Reduzierung der Kosten des 3D-Drucks und tragen dazu bei, dass die Technologie breiter zugänglich wird. 

Angesichts der Beliebtheit von 3D-Druckern und der Tatsache, dass Innovationen der Standard in der additiven Fertigung sind, arbeiten viele Startups an der Verbesserung der Technologie. Beispielsweise hat das finnische Startup Brinter einen modularen Bioprinter für die Medizin- und Biowissenschaftsbranche entwickelt. Ihr Biodrucker unterstützt eine Reihe von Biotinten und verfügt über integriertes UV-Licht zum Zweck der Desinfektion, sodass Forscher Organe, Krebsmodelle und personalisierte Medikamente drucken können. 

In den USA hat das Startup Verde Mantis einen Desktop-3D-Drucker entwickelt, der einfach zu bedienen ist und einen Plug-and-Print-Modus bietet. Dieser Drucker verfügt außerdem über eine eingebaute Kamera, eine selbstnivellierende Plattform und ein Raspberry Pi-Modul.

Zu den weiteren Fortschritten bei 3D-Druckern gehört die Hybrid PhotoSynthesis (HPS)-Technologie, die SLA (Laser) und DLP-Technologie kombiniert, um deren Auflösung und Geschwindigkeit zu nutzen und so bessere Ergebnisse beim Harz-3D-Druck zu erzielen. Neben der Weiterentwicklung des 3D-Druckers selbst entwickeln Unternehmen auch neue Materialien. 

UpNano ist ein solches Unternehmen, das UpFlow für den ersten Mikro-3D-Druck mikrofluidischer Geräte seiner Art auf seinem Drucker entwickelt hat und es dem Medizintechnik-Startup Fertilis ermöglicht, ein Zellkulturgerät für den IVF-Markt zu entwickeln.

Automatisierung, Fortschritte in der Software, 3D-Metalldruck und der Aufstieg der digitalen Lieferkette sind weitere Trends in diesem Sektor. Allerdings bleiben Herausforderungen in Form von Skalierungsschwierigkeiten, technologischen Einschränkungen und Kosten für Ausrüstung, Materialien sowie Vor- und Nachbearbeitung bestehen.

Der 3D-Druck rückt nun endlich ins Rampenlicht, nachdem er lange Zeit im Verborgenen gestanden hatte und mit dem nach Ansicht seiner Befürworter letztlich alles in Massenproduktion hergestellt werden kann, von Flugzeugkomponenten bis hin zu medizinischer Ausrüstung.

3. Stratasys

Stratasys wurde 1989 gegründet und ist bekannt für die Entwicklung von Lösungen für verschiedene Branchen. Sein Gründer rühmt sich, einen der ersten 3D-Drucker entwickelt zu haben. Das börsennotierte Unternehmen hat eine Marktkapitalisierung von 1 Milliarde US-Dollar. Die Aktie notiert bei 14.51 US-Dollar, was einem Anstieg von 22.34 % in diesem Jahr entspricht. Der Umsatz der letzten 12 Monate (TTM) beträgt 630.579 Millionen US-Dollar. Das Ergebnis beträgt einen Gewinn pro Aktie (EPS) von -1.61, ein KGV (TTM) von -9.03 und eine Eigenkapitalrendite (ROE) von -4.82 %.

Kürzlich erhielt das Unternehmen ein unaufgefordertes Übernahmeangebot von Nano Dimension Ltd. für alle Aktien, die es derzeit nicht besitzt, für 16.50 Dollar pro Aktie in bar. Damit wird das Unternehmen mit 1.1 Milliarden Dollar bewertet. Dies geschah, nachdem Stratasys die geplante Fusion mit Desktop Metal im Wert von 1.8 Milliarden Dollar aufgrund der Ablehnung der Mehrheit der Aktionäre abgesagt hatte. Nano Dimension hält rund 14 Prozent der Unternehmensaktien und hat in diesem Jahr mehrfach versucht, die restlichen Anteile zu erwerben. 

Für den neuesten Fusion Deposition Modeling (FDM)-Drucker F3300, der auf Skalierbarkeit ausgelegt ist, arbeitete Stratasys mit ATI zusammen, um einen maßgeschneiderten Werkzeugwechsler zu entwickeln, der es dem Anwender ermöglicht, jeweils einen von vier Extrudern einzusetzen. Dies bietet dem Anwender mehr Flexibilität hinsichtlich der Extruderredundanz sowie die Möglichkeit, mehrere Farben in einem Teil zu drucken und zwei verschiedene Auflösungen zu verwenden. Das Unternehmen hat bekannt gegeben, dass Toyota der erste Kunde sein wird, der den neuen Stratasys F3300 3D-Drucker kauft. 

Klicken Sie hier für die Liste der besten Aktien für 3D-Druck und additive Fertigung.

Fazit

Die Welt verändert sich rasant, und so entwickeln Unternehmen der additiven Fertigung weiterhin maßgeschneiderte Materialien und verbessern die Leistung von 3D-Druckern, während in der Welt der Robotik Durchbrüche zu verzeichnen sind, die sie intelligenter machen und es ihnen ermöglichen, mit Menschen zu interagieren effizienter. 

Wir können davon ausgehen, dass wir in Zukunft noch anspruchsvollere Produkte sehen werden, wobei die Fortschritte in diesen beiden Bereichen das Potenzial haben, viele Branchen zu verändern, neue Beschäftigungs- und Bildungschancen zu schaffen und unser tägliches Leben zu verbessern.