Sensoren für humanoide Roboter werden zum Milliardenmarkt

Humanoide Roboter entwickeln sich von konzeptionellen Prototypen zunehmend zu KI-gesteuerten Maschinen für erste kommerzielle und industrielle Anwendungen. Entscheidend für diesen Schritt ist eine umfangreiche Sensorausstattung, mit der die Systeme ihre Umgebung und ihren eigenen Zustand erfassen.

Der Markt für diese Komponenten könnte entsprechend stark wachsen. Wie aus dem IDTechEx-Bericht „Sensors for Humanoid Robots 2027–2037: Technologies, Players, Forecasts“ hervorgeht, soll das Marktvolumen für Sensoren in humanoiden Robotern bis 2037 auf mehr als 6,59 Milliarden US-Dollar steigen. Das entspricht einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 21,4 %.

Welche Sensoren benötigen humanoide Roboter?

Die konkrete Sensorausstattung kommerzieller humanoider Roboter unterscheidet sich teilweise erheblich. Grundsätzlich identifiziert IDTechEx fünf zentrale Kategorien: Wahrnehmungssensoren, Kraft- und Drehmomentsensoren, Encoder, inertiale Messeinheiten (IMUs) sowie – abhängig vom jeweiligen Einsatzgebiet – taktile Sensoren.

Gemeinsam liefern diese Komponenten Daten über den internen Zustand des Roboters und seine Umgebung. Mittels Sensorfusion werden die Informationen verschiedener Sensortypen zusammengeführt und verarbeitet. Auf dieser Basis kann der Roboter seine nächsten Aktionen bestimmen und gleichzeitig Sicherheitsmechanismen auf mehreren Ebenen nutzen.

Wahrnehmungssensoren treffen auf Automotive-Technik

Besonders deutlich unterscheiden sich humanoide Roboter bei ihren Wahrnehmungssystemen. Der IDTechEx-Bericht betrachtet unter anderem Tiefenkameras, Lidar, Ultraschallsensoren und mmWave-Radar. Eine zentrale technologische Frage lautet, ob Kameras für Navigation und Kartierung ausreichen oder ob Lidar aufgrund seiner Tiefenerfassung und Robustheit bei wechselnden Lichtverhältnissen benötigt wird. Die Studie stellt deshalb Systeme mit einer Kombination aus Lidar und Kameras Robotern gegenüber, die ausschließlich einen kamerabasierten „Pure-Vision“-Ansatz verfolgen.

Dabei zeigen sich Überschneidungen zur Automobilindustrie, insbesondere zu Fahrerassistenzsystemen (ADAS) und autonomen Fahrzeugen. Beide Anwendungen müssen eine dynamische Umgebung erfassen und deren Entwicklung vorhersagen, um sichere und effektive Entscheidungen treffen zu können.

Entsprechend kommen teilweise ähnliche Technologien und dieselben Anbieter zum Einsatz. Genannt werden unter anderem Sony, Hesai Technology, Livox und Ouster.

Die Muskeln der nächsten Robotergeneration

Der Markt für humanoide Roboter steht vor dem Übergang in die industrielle Skalierung. Der IDTechEx-Report „Materials for Humanoid Robots 2026–2036“ zeigt, warum Aktuatoren, Leichtbau und neue Werkstoffe zu Schlüsselfaktoren für Leistung und Wirtschaftlichkeit werden.

Redaktion Automation NEXT

Warum Automobilindustrie und Robotik zusammenrücken

Die technologische Nähe wird dadurch verstärkt, dass Automobilunternehmen selbst humanoide Roboter entwickeln, in entsprechende Unternehmen investieren oder bei kommerziellen Pilotprojekten als erste Kunden auftreten.

Tesla entwickelt beispielsweise mit Optimus einen eigenen humanoiden Roboter und zählt zugleich zu den prominenten Befürwortern solcher Systeme für die Automobilproduktion. Berichten zufolge nutzen sowohl die humanoiden Roboter als auch die autonomen Fahrzeuge des Unternehmens einen ähnlichen patentierten, ausschließlich kamerabasierten Ansatz für visuelle Wahrnehmung und Umgebungskartierung.

Kraftsensoren sichern Bewegung und Gleichgewicht

Für ihre Bewegungen sind humanoide Roboter auf Aktuatoren angewiesen. Wie viele Freiheitsgrade vorhanden sind, unterscheidet sich zwischen den einzelnen Modellen. Gelenke und Aktuatoren benötigen dabei Kraftsensoren, Drehmomentsensoren sowie Encoder beziehungsweise Positionssensoren. Kraft- und Drehmomentsensoren erfassen sowohl interne mechanische Belastungen als auch externe Lasten und Kräfte, beispielsweise durch Nutzlasten oder Stöße.

Eine besondere Rolle spielen sechsachsige Kraft-Drehmoment-Sensoren. Sie messen lineare Kräfte und rotatorische Drehmomente in allen drei Raumdimensionen. In den Knöcheln unterstützen sie das Gleichgewicht des Roboters, während sie an den Handgelenken eine präzise Manipulation von Gegenständen ermöglichen.

Diese Sensoren zählen derzeit allerdings zu den teuersten Sensorkomponenten eines humanoiden Roboters. Als Grund nennt die Vorlage die begrenzten Überschneidungen der Lieferketten mit Branchen außerhalb der Robotik. Weitere Anwendungen liegen vor allem bei medizinischen und industriellen Roboterarmen, wo die Komponenten bislang überwiegend als Präzisionsinstrumente in vergleichsweise geringen Stückzahlen gefertigt werden.

Wie taktile Sensoren Fingerspitzengefühl schaffen

Noch vielfältiger präsentiert sich die technologische Landschaft der taktilen Sensorik. IDTechEx untersucht MEMS-basierte, kapazitive, gedruckte beziehungsweise flexible sowie optische und magnetische Sensoren.

Einsatzmöglichkeiten bestehen beispielsweise in hochbeweglichen Roboterhänden und Greifern. Darüber hinaus können taktile Sensoren großflächig als sogenannte E-Skins beziehungsweise elektronische Haut in den Roboterkörper integriert werden.

Die taktile Sensorik zählt damit zu den Bereichen, in denen besonders intensiv innoviert wird. Gleichzeitig kann die eingesetzte Technologie zu einem Differenzierungsmerkmal zwischen Robotermodellen und Herstellern werden.

Sensorhersteller müssen Produktion skalieren

Für die Planung und Ausführung von Aufgaben sowie den sicheren Betrieb in der Nähe von Menschen und anderen Robotern benötigen humanoide Systeme eine Vielzahl unterschiedlicher Sensoren. Gleiches gilt für die Orientierung in dynamischen, realen Umgebungen.

Ein nachhaltiger kommerzieller Hochlauf hängt deshalb auch von einem leistungsfähigen Ökosystem der Sensorhersteller ab. Die Anbieter müssen ihre Produktionskapazitäten mit der zunehmenden Verbreitung humanoider Roboter skalieren können, ohne dass kritische Engpässe in den Lieferketten entstehen.