BMBF: Aktionsplan „Robotikforschung“

Innovationspotenziale der KI-basierten Robotik erschließen

Deutschland ist der größte Robotik-Markt in Europa und weist die weltweit vierthöchste Roboterdichte auf. Intelligente Robotik ist für das Gelingen langfristiger Transformationen im Zuge der Digitalisierung und für die Bewältigung großer gesellschaftlicher Herausforderungen, vor allem des demografischen Wandels, von hoher Relevanz. Im sich verschärfenden globalen Wettbewerb um Innovationen, technologische Souveränität und nachhaltige Wertschöpfung kommt der Robotik eine entscheidende Rolle zu.

Aktuelle Entwicklungssprünge in den Basistechnologien befähigen Roboter nun zunehmend dazu, auch komplexe Aufgaben in veränderlichen Umgebungen und in enger Kollaboration mit Menschen auszuführen. Besonders dank signifikanter Fortschritte in der Forschung zu KI wird die Robotik neu belebt.

Die Bundesregierung hat sich mit der Zukunftsstrategie Forschung und Innovation zum Ziel gesetzt, die großen und vor allem die neuen Chancen der Robotik zu erschließen, um die Innovationskraft Deutschlands zu stärken und die technologische Souveränität Europas zu sichern. Mit dem Aktionsplan greift das BMBF dies auf und leistet einen aktiven Beitrag zur Stärkung des nationalen Robotik-Ökosystems in den Bereichen Forschung und Fachkräfte.

Handlungsfelder

Das BMBF hat vier konkrete Handlungsfelder identifiziert, in denen der dringendste Aktivitätsbedarf besteht.

1. Innovationen in Basistechnologien für Robotik nutzbar machen

Innovationen in diesen Basistechnologien verhelfen der Robotik zu neuer Leistungsfähigkeit und eröffnen neue und disruptive Anwendungsmöglichkeiten. Im Rahmen aktuell geförderter Forschungsschwerpunkte und -programme treibt das BMBF hier robotikspezifische Aspekte voran, die eine hohe Hebelwirkung für die Robotik auf Systemebene entfalten können.

Ausgangslage:

• In der KI-Forschung werden vor allem Methoden für die Steuerung von Robotern untersucht. Dies ist vor allem für das dynamische Lernen von Robotern in unstrukturierten Umgebungen wichtig, wozu auch das Training von KI-Modellen mit simulierten Daten gehört. Auch die sprachliche Interaktion mit Robotern profitiert von großen KI-Modellen.
• Die Echtzeitvernetzung von Robotern baut maßgeblich auf Forschung zu digitalen und vernetzten Systemen auf. Leistungsfähige Kommunikationstechnologien ermöglichen kooperative Zusammenarbeiten von Robotern und erlauben durch Rechenressourcen im Netz die Auslagerung aufwendiger Rechenprozessen von Robotersystemen. Die Technologien zukünftiger 6G-Kommunikationsnetze bieten zum Beispiel Potenziale für die Interaktion von Mensch und Maschine. So können innovative Lösungen zur Vernetzung von Robotern in der Industrie 4.0 oder im Gesundheitssektor entstehen.
• Aufgrund der hohen Sicherheitsanforderungen, insbesondere bei der Zusammenarbeit mit Menschen, werden IT-Sicherheitstechnologien von Beginn an in die Entwicklung einbezogen.
• Leistungsfähige Mikroelektronik trägt zur Weiterentwicklung der Robotik bei, zum Beispiel durch neuartige Sensorchips mit neuromorphen Prozessoren. Das ermöglicht insbesondere die echtzeitfähige Steuerung von Robotern in der Interaktion mit Menschen.

Was wir erreichen wollen:

• Leistungsfähigkeit und Erschließung neuer Einsatzmöglichkeiten von Robotern durch Kombination von Basistechnologien steigern
• Robotik der Zukunft durch KI voranbringen
• Grundlagen der vernetzten Robotik erforschen
• Leistungsstarke Mikroelektronik, zum Beispiel Sensoren und neuromorphe Chips, für die Robotik weiterentwickeln

Was wir tun:

• Das BMBF wird seine Forschungs-, Nachwuchs- und insbesondere KMU-Förderung in den Bereichen KI und Software-Engineering fortsetzen und weiter ausbauen. So werden KI und Software-Engineering auch im Anwendungsfeld Robotik erforscht, zum Beispiel durch mehrere KI-Professuren und KI-Nachwuchsgruppen oder auch an den KI-Kompetenzzentren. Das BMBF fördert zudem Forschung zu den technologischen Grundlagen der KI, etwa zu Erklärbarkeit, Robustheit und Transferlernen.
• Im Bereich der Vernetzung und Sicherheit digitaler Systeme wird das BMBF seine Förderaktivitäten zu latenzarmen und hochzuverlässigen Kommunikationssystemen fortsetzen und damit weiterhin wichtige Grundlagen der vernetzten Robotik adressieren. In der nationalen 6G-Initiative werden für die Robotik beispielsweise hochrelevante Funktechnologien zur sensorischen Erfassung der Umgebung, latenzarme Robotersystemsteuerung über Kommunikationsnetze, schnelle Sensortechnologien oder verteilte Rechenarchitekturen für Robotikanwendungen entwickelt. Insgesamt werden mit den Förderaktivitäten Robotiklösungen in der Industrie 4.0, der Medizin, im Gesundheitswesen und in der zivilen Sicherheit vorangetrieben.
• In der Mikroelektronik legt das BMBF einen Schwerpunkt auf Edge-Computing und Hardware für KI-basierte Anwendungen. Ein weiterer Fokus liegt auf der intelligenten Sensorik, die die Grundlage einer sicheren Interaktion von Robotern in herausfordernden Umgebungen ist.

2. Robotik-Spitzenforschung bündeln und vernetzen

Das Potenzial der intelligenten Robotik basiert auf Innovationen aus der Spitzenforschung, daher legt das BMBF dort einen Schwerpunkt. Die Robotik ist dabei ein stark interdisziplinäres Themenfeld: Forschung und Entwicklung in der Robotik benötigen ein breites Spektrum an Wissen, von Mathematik und Informatik über Datenwissenschaften bis hin zum klassischen Maschinenbau.

Ausgangslage:

• Im internationalen Vergleich sind deutsche Robotik-Forscherinnen und -Forscher führend in Europa und auch im weltweiten Vergleich konkurrenzfähig.
• Globale Wettbewerber wie die USA, Japan, Südkorea aber vor allem China investieren gezielt in Robotik-Forschung.Auch große Technologieunternehmen betreiben eigene Forschungsabteilungen im Bereich Robotik und KI.
• In Deutschland existiert ein Ökosystem zahlreicher Standorte mit einer kritischen Masse an vielzitierten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern. Die Spitzenforschung in der Robotik ist in Deutschland stark dezentralisiert. Deshalb mangelt es trotz ihrer Exzellenz an internationaler Sichtbarkeit und mögliche Synergieeffekte bleiben ungenutzt.

Was wir erreichen wollen:

• Top-Standorte der deutschen Robotik-Forschung vernetzen
• Sichern von hoher internationaler Sichtbarkeit und Konkurrenzfähigkeit mit global führenden Robotik-Zentren, welche beispielsweise am Massachusetts Institute of Technology (MIT), an der Stanford University oder am Korea Advanced Institute of Science and Technology angesiedelt sind
• Gemeinsame Forschungs-Roadmap für die Robotik-Forschung in Deutschland erarbeiten und eng an europäische Vorhaben anbinden
• Grundlagenforschung für intelligente Robotik breit aufstellen

Was wir tun:

• Durch den Aufbau eines dezentralen Robotics Institute Germany soll die vorhandene Spitzenforschung an den in Deutschland verteilten führenden Robotik-Standorten gebündelt werden.
• In der ersten Ausbaustufe soll eine Governance-Struktur mit gemeinsamer Anlaufstelle entstehen, die den Kooperationsverbund als Geschäftsstelle und Ansprechpartner für Kooperationen weltweit vertritt. Die Vernetzung mit allen relevanten Stakeholdern des Robotik-Ökosystems soll kontinuierlich vorangetrieben und mit der entstehenden Plattform die nationale Robotik-Forschung strategisch ausgerichtet werden. Dies beinhaltet gemeinsame Forschungs-Roadmaps und Zugangskonzepte für Robotik-Infrastrukturen der Partner im „Robotics Institute Germany“ sowie die Bearbeitung von ethischen, rechtlichen und gesellschaftlichen Aspekten, die Wissenschaftskommunikation sowie partizipative Formate.
• Für eine effektive Zusammenarbeit im Robotics Institute Germany wird eine gemeinsame Datenplattform für die Forschung und Entwicklung anvisiert, die durch den Austausch von Daten die Entwicklung lernfähiger Robotik-Systeme beschleunigt

Weitere Handlungsstrategien der Max-Planck-Gesellschaft und der Deutschen Forschungsgemeinschaft können Sie im Aktionsplan nachlesen.

3. Fachkräfte für die Robotik der Zukunft fördern

Der Einsatz intelligenter Robotik benötigt eine starke Robotik-Kompetenz in Forschung und Industrie. Qualifizierte Fachkräfte auf allen Ebenen, von der Erforschung der Basistechnologien bis hin zur Integration von robotischen Systemen für die Anwendung, sind notwendig. Die Ausbildung von Fachkräften ist daher ein weiterer Schwerpunkt der Aktivitäten des BMBF.

Ausgangslage:

• Es existiert ein großer Pool an Studierenden in den Fächern Maschinenbau, Elektrotechnik und Informatik, die für eine Spezialisierung auf Robotik in Frage kommen. Auch in anderen relevanten Fachbereichen wie Physik und Mathematik ist Deutschland traditionell stark aufgestellt.
• Es gibt vereinzelte Robotik-Studiengänge, es fehlt aber eine Sichtbarkeit in der Breite.
• Die in der Robotik benötigten Kompetenzen werden auch in weiteren Fachbereichen gesucht. Beispielsweise ringen auch andere KI-basierte Domänen wie das automatisierte Fahren um Fachkräfte.

Was wir erreichen wollen:

• Aus der Forschung heraus die Fachkräfteausbildung unterstützen
• Mit vorhandenen Bildungsträgern zusammenarbeiten und ihnen einen Qualitätssprung ermöglichen
• Talente für die Robotik begeistern und gewinnen
• Basistechnologien in die Robotik besser und schneller einbinden

Was wir tun:

• Das Robotics Institute Germany soll durch gezielte Maßnahmen zur Aus- und Weiterbildung zur Talentschmiede ausgebaut werden. Eine „Robotics Academy“ soll die Expertise und Kapazität des dezentralen Instituts nutzen, um ein State-of-the-Art Akademieprogramm mit Modulen für die akademische sowie berufliche Aus- und Weiterbildung zu entwickeln und zu etablieren.
• Den vorhandenen Bildungsträgern (Hochschulen, Berufsschulen, Weiterbildungseinrichtungen) soll deutschlandweit ein Qualitätssprung ermöglicht werden, der auch die Robotik-Lehre auf einem exzellenten Qualitätsniveau fortschreibt.
• Um Studierende für die Robotik zu begeistern, sollen Nachwuchsgruppen auf die Teilnahme an internationalen Robotik-Challenges vorbereitet und dabei unterstützt werden.
• Im Bereich der Vernetzung und Sicherheit digitaler Systeme wird das BMBF im Rahmen seiner 6G-Forschungsinitiative den Einsatz von zukünftigen Kommunikationssystemen in Robotiksystemen fördern und gezielt Fachkräfte der Robotik einbeziehen, um deren Verständnis für Potenziale von innovativen Vernetzungstechnologien früh zu schärfen.

4. Intelligente Robotik in die Anwendung bringen

Bei der anwendungsorientierten Forschung spielen Robotik für die Automatisierung der Produktion, die Mensch-Roboter-Interaktion, der Einsatz von Robotik in der zivilen Sicherheit und die Robotik für harsche Umgebungsbedingungen eine wichtige Rolle.

Ausgangslage:

• Weiterentwicklungen in der Robotik schaffen neue Möglichkeiten für die Automatisierung der Produktion nicht nur in der Großindustrie, sondern auch im Handwerk. Ein wichtiger Faktor ist dabei die Erforschung von Akzeptanz und Gebrauchstauglichkeit robotischer Systeme für den Unternehmenskontext.
• Robotik ist eine der interaktiven Technologien, die für mehr Gesundheit und Lebensqualität erforscht wird. Die Forschung beschäftigt sich mit der Frage, wie Roboter möglichst nutzbringend in den Alltag, z. B. im öffentlichen Raum oder in der Pflege, integriert werden können. Dabei werden ethische, rechtliche und soziale Aspekte (ELSA) als Teil eines integrierten Forschungsansatzes besonders berücksichtigt.
• Die Einsatzfähigkeiten robotischer Systeme in der zivilen Sicherheit, z. B. teilautonom agierende Rettungs- und Bergungsroboter oder Dekontaminationssysteme zum Einsatz in menschenfeindlichen Umgebungen, werden im Deutschen Rettungsrobotik-Zentrum DRZ sowie im Kompetenzzentrum ROBDEKON erforscht und getestet. So soll sichergestellt werden, dass Anwenderinnen und Anwender in Feuerwehr und Katastrophenschutz Zugriff auf zertifizierte und somit für den Einsatzfall zuverlässig geprüfte robotische Komponenten erhalten.
• Um die Robotik flexibel in der Produktion, im Alltag oder in der Bergung in menschenfeindlichen Umgebungen einzusetzen, sind leistungsfähige und resiliente (drahtlose) Kommunikationssysteme notwendig.

Was wir erreichen wollen:

• Erfolgreichen und beschleunigten Industrietransfer sowie gezielte Einbindung des Mittelstands sichern
• Innovative Robotik-Lösungen für die zivile Sicherheit nutzbar machen
• Mehr Lebensqualität und gesellschaftliche Akzeptanz durch intuitive Interaktion mit Robotern erreichen
• Roboter menschenzentriert gestalten, damit sie beispielsweise auch im Handwerk und im Dienstleistungssektor eingesetzt werden können
• Roboter für die Tiefsee und Erdbeobachtung entwickeln
• Robotik für die Industrie 4.0 und Produktion weiterentwickeln

Was wir tun:

• Um den Kreis der KMU-Anwender von Robotik zu erweitern und den Transfer aus der Spitzenforschung in die Industrie zu beschleunigen, hat das BMBF eine neue Maßnahme zu „Robotik und KMU“ im Rahmen des Programms „Zukunft der Wertschöpfung“ unter dem Titel „KMU-innovativ: Zukunft der Wertschöpfung“ umgesetzt.
• Das BMBF wird seine Förderaktivitäten zum Einsatz von Robotern in der zivilen Sicherheit auch im neuen Forschungsrahmenprogramm (Start Anfang 2024) fortsetzen. Ziel des neuen Programms ist es weiterhin, zur bestmöglichen Ausstattung von Rettungskräften beizutragen. Dies geschieht auch durch innovative Roboterlösungen, die Einsatzkräfte insbesondere bei riskanten oder gesundheits-gefährdenden Arbeiten entlasten, Gefahren für sie minimieren und sie bei der effektiven Suche und Rettung von Menschen unterstützen. Die aufgebauten Kompetenzzentren für Rettungsrobotik und Dekontamination sollen sich dauerhaft etablieren und in einen eigenständigen, sich selbst tragenden Betrieb überführt werden.
• Im Bereich der interaktiven Technologien wird das BMBF einen Innovationswettbewerb veröffentlichen. Mehrere Robotik-Teams sollen sich unter realweltlichen Bedingungen einheitlichen anwendungsnahen Aufgaben stellen, die darauf abzielen, verschiedene Ansätze für Demonstratoren für den späteren Einsatz vergleichend zu erforschen. Die Aufgaben aus dem Bereich der Reinigung öffentlicher Flächen adressieren von den funktionalen
  Anforderungen bis zur Interaktivität mit Menschen die gesamte Bandbreite relevanter Herausforderungen in der Robotik. Damit wird auch eine wichtige Grundlage für die Interaktion von Servicerobotern und Menschen im öffentlichen Raum gelegt.
• Im Bereich der Vernetzung und Sicherheit digitaler Systeme wird das BMBF die notwendigen leistungsfähigen und resilienten Ende-zu-Ende-Kommunikationssysteme wie 6G unter Einbeziehung des kompletten Robotiksystems erforschen. Auf diese Weise entstehen hochoptimierte Lösungen für die intelligente Robotik.

Die Handlungsstrategien der SPRIND, der Helmholtz-Gemeinschaft deutscher Forschungszentren, der Fraunhofer-Gesellschaft, der Deutschen Forschungsgemeinschaft und der Leibniz-Gemeinschaft finden Sie im Aktionsplan.

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Weiterführende Links

👉 www.smwa.sachsen.de 
👉 Aktionsplan Robotikforschung

Foto: pixabay