Durch Automatisierung zu mehr Sicherheit, Effizienz und Komfort
Zuverlässig, sicher und nachhaltig: Die Forschung von Bosch Research zu Robotik, automatisiertem Fahren und Fabrikautomatisierung.
Der Begriff „Automatisierung“ leitet sich vom griechischen Wort „automatos“ ab, was so viel wie „sich von selbst bewegend“ bedeutet. Wir bei Bosch Research haben diesen Gedanken zu einem Kernthema unserer Forschungen gemacht und entwickeln Systeme, die in der Lage sind, eigenständig zu agieren.
Fertigungs- sowie kollaborative Roboter unterstützen schon heute die industrielle Produktion und Haushaltsroboter erleichtern schon jetzt unseren Alltag. Die autonomen Systeme, die wir bei Bosch entwickeln, gehen noch weiter: Sie lernen von uns, erwägen, agieren und reagieren anhand von eingespeisten Daten auf unvorhergesehene Veränderungen in ihrem Umfeld – sowohl auf Änderungen in Routineprozessen als auch in der Interaktion mit den Menschen. Dabei arbeiten Mensch und Maschine stets Hand in Hand.
Bei der Automatisierung auf der Straße, dem automatisierten Fahren, arbeitet die Bosch Forschung an der automatisierten „Wahrnehmung“ durch Sensoren, der Objekterkennung und ‑lokalisation sowie an Algorithmen für intelligente Fahrfunktionen.
Automatisierung für die Fabrik von morgen
Die zunehmende Automatisierung der Fertigung stellt einen großen technischen und gesellschaftlichen Fortschritt dar. Sie ermöglicht noch sicherere und effizientere Arbeitsabläufe, die zudem Mensch und Umwelt weniger belasten. Deswegen liegt ein zentraler Ansatzpunkt der Forschungen bei Bosch Research in der Automatisierung von Produktionsschritten und Anlagen durch anpassungsfähigere Maschinen. Das Ziel ist es, die Industrie 4.0 so zu gestalten, dass sie den heutigen und kommenden Herausforderungen hinsichtlich Nachhaltigkeit, unsicherer werdende Lieferketten und der schwindenden Anzahl von Fachkräften gewachsen ist.
Eine flexible Industrieautomatisierung berücksichtigt dabei die fortschreitende Digitalisierung der Produktion und agiert sicher im Netz. Der lang andauernde Trend, eine Software besonders eng mit nur einer bestimmten Hardware zu verknüpfen, geht zu Ende und bereitet den Weg zu einer flexibleren Automatisierung. Künftig wird intelligente Software im Zusammenspiel mit hochflexibler Hardware die softwaredefinierte Fertigung ermöglichen. Diese wird der Nachfrage nach schnell wandelbaren Produktionsstraßen und Vernetzung der Lieferkette gerecht – so kann rasch und flexibel auf wechselnde Produkt- und Marktanforderungen sowie schwankende Lieferkapazitäten reagiert werden. Durch den Einsatz von künstlicher Intelligenz (KI) in der Produktion können zudem Produktionsdaten, -prozesse und -ergebnisse schnell analysiert und damit die Fertigung passgenau gesteuert werden.
Algorithmen als Basis für automatisiertes Fahren und Robotik
Das automatisierte Fahren bildet ein weiteres wichtiges Forschungsfeld von Bosch Research. Die Pkw der Zukunft werden auch als mobile Wohn- und Arbeitszimmer dienen können. Im Nutzfahrzeugbereich wird die Automatisierung für effizientere Transportprozesse und für mehr Sicherheit sorgen. Schon heute machen diese automatisierten Systeme Logistikprozesse effizienter, und in absehbarer Zukunft werden sie insbesondere die Endkunden-Zustellung (engl.: Last-Mile-Delivery) grundlegend verändern. Fokus unserer Forschung beim automatisierten Fahren ist die kontinuierliche Verbesserung der automatisierten „Wahrnehmung“ durch Sensoren, des Mappings sowie der Lokalisation von Objekten für intelligente Fahrfunktionen. Diese sollen den Menschen beim Fahren unterstützen und entlasten oder perspektivisch vollautomatisierte Fahrzeuge dazu befähigen, ganz ohne menschliche Eingriffe Personen und Waren sicher ans Ziel bringen. Überdies entwickeln wir Algorithmen, die den optimalen Bewegungspfad (Trajektorie) für das autonome Fahrzeug auch für komplexe und unübersichtliche Szenarien planen. So gestalten wir zukünftige Mobilität noch effizienter, nachhaltiger und klimafreundlicher.
Ein anderes Forschungsgebiet innerhalb der Automatisierung ist die Robotik. Die Roboter der Zukunft werden, ebenfalls Hand in Hand mit dem Menschen, mehr und mehr Aufgaben übernehmen und dadurch die Menschen entlasten. Ein wichtiges Anwendungsfeld ist die Haushaltsrobotik; dazu gehören zum Beispiel Rasenmäher- und Staubsauger-Roboter. Aber nicht nur im Haushalt, sondern auch in der Industrie spielen Roboter eine wichtige Rolle und entlasten Werker von anstrengenden oder monotonen Aufgaben, in der Produktion selbst und zunehmend auch der Logistik. Durch KI-Einsatz werden die Roboter in ihrer Interaktion mit ihrem menschlichen Gegenüber immer sicherer, autonomer und intuitiver.
Bei autonomen Autos wie bei Robotern geht es darum, dass sie sich zielgerichtet und sicher im Raum bewegen und mit ihrer Umwelt interagieren. Technologisch schaffen wir bei Bosch Research für beide Anwendungsfelder die Basis. Denn in beiden Fällen geht es darum, die Umgebung möglichst vollständig zu erfassen und zu verstehen, beispielweise durch kamera- und LiDAR-basierte Objekterkennung und Algorithmen zur Erstellung dreidimensionaler Umfeldkarten. Auf dieser Grundlage können anschließend sowohl automatisierte Fahrzeuge als auch Roboter sichere Bewegungen und Aktionen planen und ausführen.
„Augen“ und „Ohren“ auf für die Automatisierung
Automatisierung funktioniert nicht ohne Sensoren. Sie sind die Hardware-Basis dafür, dass die richtigen Daten zur richtigen Zeit und in angemessener Qualität erhoben und durch Rechenleistung verarbeitet werden können. Erst diese Datenbasis ermöglicht die Aktorik und ist zugleich das Fundament für den Einsatz von KI in der Automatisierung.
Damit Systeme in der Lage sind, (teil-) automatisiert mit ihrer Umwelt zu interagieren, müssen sie ihre Umgebung und Nutzer zuverlässig erkennen (engl.: „Sense“), die aufgenommenen Informationen verarbeiten (engl.: „Compute“/„Think“) und in eine Handlung umsetzen können (engl.: „Act“). Bei Bosch Research forschen wir deswegen an intelligenten Sensoren und Technologien für die Mensch-Maschine-Schnittstelle (engl.: Human Machine Interface, kurz HMI). Ziel ist es, die genannten Aufgaben Sense, Think und Act energiesparend, sicher, in Echtzeit und nutzerfreundlich zu lösen.
Mit innovativen Sensorlösungen erfassen wir die physische Umgebung und übertragen diese Informationen in die digitale, virtuelle Welt der Maschine. Unsere Aktivitäten umfassen dabei unter anderem MEMS-Sensoren, beispielweise zur Erfassung von Beschleunigungen und feinsten Bewegungen, und Umfeldsensorik wie Kameras, Radar oder LiDAR. Gleichzeitig arbeiten wir in diesen Bereichen auch an Aktorik-Lösungen, wie zum Beispiel MEMS-Lautsprechern oder Ultraschall-Aktoren. Die Verarbeitung der Daten erfolgt mittels klassischer sowie zunehmend auch KI-Algorithmen und dient dazu, das Verhalten automatisierter Systeme in allen Produktbereichen zu verbessern. Daneben ist ein weiterer Schwerpunkt unserer Arbeit die Weiterentwicklung von Methoden des „Hardware-Software-Codesigns“, also der Abstimmung der KI-Algorithmen auf die zur Verfügung stehende Rechen-Hardware, um Platz- und Stromverbrauch zu minimieren. An der Schnittstelle zum Anwender stehen Innovationen der HMI-Technologie. Beispiele sind Lösungen für Fahrzeug-Cockpits und die Entwicklung von neuartigen Informationssystemen wie Bosch Smartglasses, die per Bosch-Light-Drive-Technologie wichtige Informationen direkt auf die menschliche Retina projizieren.
Die Anwendungsmöglichkeiten für Automatisierungssysteme sind sehr unterschiedlich. Doch die grundlegenden Technologien, die hinter diesem weitreichenden Trend stehen, entfalten Synergieeffekte in der Praxis. Die automatisierten Produkte, Systeme und Komponenten der Zukunft entwickeln wir bei Bosch Research als Partner der Bosch-Geschäftsbereiche, häufig gemeinsam mit Hochschulen, Forschungsinstituten und anderen Unternehmen.
Bosch Research Blog
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