Batterien für Humanoide: Energiedichte ist der Schlüssel

Humanoide Roboter gehören zu den aufkommenden Technologien. Da ihre Form dem menschlichen Körper nachempfunden ist, können sie sich in einer Umgebung bewegen, die für Menschen ausgelegt wurde. Diese Vielseitigkeit unterscheidet sie von spezialisierten Robotern wie fahrerlosen Transportsystemen. Auf dem Markt gibt es bereits zahlreiche Hersteller humanoider Roboter, darunter Tesla, Figure AI und Agility Robots. Die Systeme sind für unterschiedliche Anwendungen vorgesehen. Damit sie ihre Aufgaben erfüllen können, benötigen sie eine geeignete Energieversorgung.

Nach Einschätzung von IDTechEx eignen sich Batterien besonders gut für humanoide Roboter. Gründe dafür sind ihre vergleichsweise hohe Energiedichte, die unterschiedlichen verfügbaren Zellchemien sowie ihre kompakte Bauweise. Der Marktforscher erwartet, dass der Batteriebedarf durch humanoide Roboter in den kommenden Jahren deutlich wächst. Bis 2037 soll er weltweit 10,5 GWh erreichen.

Sensoren für humanoide Roboter werden zum Milliardenmarkt

Wie groß wird der Markt für Sensoren für humanoide Roboter? IDTechEx hat dies in einer aktuellen Studie analysiert. Ergebnis: Es werden bis 2037 mehr als 6,59 Millarden US-Dollar Marktvolumen erwartet .

Redaktion Automation NEXT

Produktivität als Treiber für humanoide Roboter

Mit dem Einsatz humanoider Roboter verbindet sich die Erwartung von Produktivitätssteigerungen in unterschiedlichen Branchen. Sie könnten beispielsweise dort eingesetzt werden, wo Arbeitskräfte fehlen, etwa bei körperlich anspruchsvollen Tätigkeiten in der industriellen Fertigung oder in Pflegeeinrichtungen.

Für Fabriken könnte der Einsatz humanoider Roboter damit zu Produktivitätssteigerungen beitragen. Langfristig könnten solche Systeme laut IDTechEx auch für Länder relevant werden, die 2026 mit Produktivitätsproblemen konfrontiert sind.

Für Unternehmen wie Tesla eröffnet die Entwicklung humanoider Roboter zugleich die Möglichkeit, ihr Produktportfolio zu erweitern. Unternehmen mit hohen Investitionsmitteln können dabei ihre Erfahrungen unter anderem in den Bereichen künstliche Intelligenz, Fertigung und Batterietechnik nutzen.

Energiedichte und Betriebsdauer sind entscheidend

Die Batterie muss sämtliche Komponenten eines humanoiden Roboters möglichst lange mit Energie versorgen. Energiedichte und Betriebsdauer gehören deshalb zu den wichtigsten Kriterien bei der Auswahl eines geeigneten Batteriesystems.

Zu den Aufgaben, für die humanoide Roboter vorgesehen sind, gehören beispielsweise das Heben schwerer Lasten und das Gehen. Die Batterie muss daher genügend Energie speichern und bereitstellen können, damit der Roboter solche Bewegungen ausführen kann, ohne unmittelbar danach erneut geladen werden zu müssen.

Gleichzeitig verbrauchen die verschiedenen Komponenten eines humanoiden Roboters unterschiedlich viel Energie und benötigen die Leistung mit unterschiedlichen Raten.

Die eingesetzte Batterietechnologie muss deshalb diese Betriebsanforderungen erfüllen und zugleich unterschiedliche Leistungs- und Spezifikationsanforderungen berücksichtigen.

Als mögliche Technologien nennt IDTechEx unter anderem NMC-Batterien, Semi-Solid-State-Batterien sowie aufkommende Technologien wie Festkörper- und Lithium-Schwefel-Batterien.Unterschiedliche Anwendungen stellen unterschiedliche Anforderungen

Welche Batterie für einen humanoiden Roboter geeignet ist, hängt auch von seinem Einsatzgebiet ab. IDTechEx geht davon aus, dass Roboter in unterschiedlichen Umgebungen und mit unterschiedlichen Aufgaben jeweils andere Anforderungen an ihre Batterien stellen.

Humanoide Roboter für industrielle Anwendungen werden voraussichtlich über längere Zeiträume arbeiten müssen als Systeme, die für gewerbliche oder private Anwendungen vorgesehen sind. Damit soll ihre Produktivität maximiert werden. Die Batterien industrieller humanoider Roboter müssen daher mehr Energie speichern können, um über längere Zeiträume Leistung bereitzustellen.

Bei humanoiden Robotern für gewerbliche oder private Anwendungen kann das anders aussehen. Solche Systeme könnten lediglich zeitweise eingesetzt werden. Während Phasen mit geringem Energiebedarf können ihre Batterien entsprechend weniger Leistung bereitstellen. Eine ebenso hohe Energiedichte wie bei industriell eingesetzten Robotern ist daher nicht in jedem Fall erforderlich.

Schnellladen verkürzt die Stillstandszeit

Auch das Ladeverfahren beeinflusst die Einsatzdauer humanoider Roboter. Beim konventionellen Laden können längere Stillstandszeiten entstehen, in denen die Batterie und damit auch der Roboter nicht genutzt werden können.

Eine Möglichkeit, diese Stillstandszeiten zu reduzieren, ist Schnellladen. Allerdings kann Schnellladen zu einer beschleunigten Alterung der Batterie führen und ihre kalendarische Lebensdauer verringern. Einige Hersteller humanoider Roboter setzen deshalb auf Batteriewechselsysteme.

Batteriewechsel als Alternative

Zu den Unternehmen, die Batteriewechsel einsetzen, gehören laut IDTechEx UBTech und Boston Dynamics. Bei diesem Verfahren wird eine entladene Batterie aus dem Roboter entnommen und durch eine geladene Batterie ersetzt. Der Wechsel kann entweder manuell durch einen Menschen oder autonom durch den Roboter selbst erfolgen.

Der Batteriewechsel ist schneller als ein Schnellladevorgang. Dadurch lassen sich die Stillstandszeiten des humanoiden Roboters weiter reduzieren und seine Produktivität erhöhen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die entnommene Batterie anschließend konventionell und mit geringerer Ladeleistung geladen werden kann. Dadurch lässt sich die Batterie schonender laden.

Batteriebedarf soll bis 2037 auf 10,5 GWh steigen

IDTechEx erwartet für den weltweiten Markt für Batterien in humanoiden Robotern ein deutliches Wachstum. Bis 2037 soll der entsprechende Batteriebedarf 10,5 GWh erreichen. Als Treiber nennt der Marktforscher sowohl die steigende Nachfrage nach humanoiden Robotern als auch die zunehmende Nutzung von Batteriewechselsystemen.

In seiner Marktanalyse unterscheidet IDTechEx zwischen industriellen, gewerblichen und privaten Anwendungen. Analysiert werden dabei die technischen, wirtschaftlichen und leistungsbezogenen Anforderungen der humanoiden Roboter sowie die derzeit verfügbaren Batterieprodukte. Darüber hinaus betrachtet die Studie verschiedene Batterietechnologien und deren Bedeutung für humanoide Roboter.

Die Zehnjahresprognosen umfassen sowohl den weltweiten Batteriebedarf in MWh als auch die Größe des Batteriemarktes in Millionen US-Dollar. Unterschieden wird dabei nach den Anwendungsbereichen Industrie, Gewerbe und Haushalt sowie nach Batterietechnologien wie Lithium-Ionen-, Festkörper- und Lithium-Schwefel-Batterien. Bei Lithium-Ionen-Batterien differenziert IDTechEx zusätzlich nach dem Nickelgehalt der Kathoden und unterscheidet unter anderem zwischen NMC622, NMC811 und NMC9.5.5.