Robotik Fraunhofer IPA entwickelt Benchmark für humanoide Roboter

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Das Fraunhofer IPA bietet einen modularen Benchmark für humanoide Roboter an. Er soll Fähigkeiten, Sicherheit und Einsatztauglichkeit neutral bewertbar machen.

Humanoide Roboter stehen zunehmend im Fokus industrieller Anwendungen. Um ihre tatsächliche Leistungsfähigkeit besser einschätzen zu können, hat das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA einen Benchmark zur standardisierten Analyse entwickelt. Er richtet sich an Hersteller, Endanwender und Softwareanbieter und soll anwendungsrelevante Kriterien wie Energieeffizienz, Reinraumtauglichkeit, funktionale Sicherheit und Cybersicherheit objektiv bewertbar machen.

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Standardisierte Tests nach Industriemaßstäben

Der Benchmark ist als Dienstleistung aufgebaut. Forschungsteams des Fraunhofer IPA führen humanoide Roboter dabei durch verschiedene Challenges und werten die Ergebnisse wissenschaftlich aus. Wo möglich, orientieren sich die Tests an etablierten Industriestandards, etwa ISO 14644 für Reinraumtauglichkeit sowie ISO 10218 und ISO TS 15066 für funktionale Sicherheit. Der Benchmark gliedert sich in sechs zentrale Bereiche:

• 1. Technologien und Basisfähigkeiten: Untersuchung der verbauten Sensoren, KI-Modelle, Greifertypen sowie Tests zu Laufgeschwindigkeit, Greifkräften und handhabbaren Lasten. Mittels 3D-Tracking-System und Kraftsensoren werden objektive Messwerte erfasst.

• 2. Komplexe Fähigkeiten: Bewertung praxisnaher generischer Aufgaben wie Treppenlaufen, Hindernisbewältigung, Bewegungs- und Kraftgenauigkeit sowie Reaktionsgeschwindigkeit. Die Tests sind bewusst anspruchsvoll gestaltet, um auch zukünftige Modellgenerationen vergleichbar zu machen.

• 3. Reinraumtauglichkeit: Bewertung der Partikelfreisetzung nach ISO 14644-14, des Ausgasungsverhaltens und der Reinigbarkeit – entscheidend für Einsätze in Halbleiter-, Pharma- oder Lebensmittelindustrie.

• 4. Funktionale Sicherheit (Safety): Zentral für die Mensch-Roboter-Kollaboration. Getestet werden Stabilität auf verschiedenen Untergründen, Kraftbegrenzung bei Kollisionen, Hinderniserkennung und Systemverhalten bei Ausfällen. Kollisionstests erfolgen mit denselben Kraftsensoren wie für kollaborative Industrieroboter.

• 5. Cybersicherheit (Security): Vier Module prüfen Schwachstellenmanagement, sicheren Lebenszyklus, Netzwerksicherheit und Penetrationsresistenz – angesichts zunehmender gesetzlicher Anforderungen ein kritischer Faktor.

• 6. Energieeffizienz: Messung der Batterielaufzeit und Leistungsaufnahme in verschiedenen Szenarien (Stehen, Gehen, Gehen mit Steigung und Last). Die Ergebnisse ermöglichen eine realistische Einsatzplanung und Optimierung von Ladezyklen.

Erste Anwendung am Unitree G1

Erstmals umfassend angewendet wurde der Benchmark am Unitree G1. Grundlage war ein im Mai 2025 ausgelieferter Unitree G1 EDU-4 mit Dex3-1 3-Fingerhänden und Firmwareversion 1.04. Der Roboter zeigte eine gute Selbststabilisierung und könnte nach Einschätzung des Fraunhofer IPA für Reinräume der ISO-Klasse 5 geeignet sein. Zugleich wurden deutliche Einschränkungen sichtbar: Bei Kollisionen können Kräfte von mehr als 500 Newton auftreten.

Zudem fanden die Forscher eine kritische Bluetooth-Sicherheitslücke in der damals getesteten Software-Version, die inzwischen behoben ist. Bei der Energieeffizienz wurden Laufzeiten von bis zu 2 Stunden und 49 Minuten im Stehen sowie 1 Stunde und 49 Minuten in einem typischen Szenario aus Stehen und Laufen ermittelt.

Für Unternehmen soll der Benchmark mehr Transparenz in einem bislang schwer vergleichbaren Markt schaffen. Nach Angaben des Fraunhofer IPA lassen sich die Ergebnisse sowohl für den Vergleich humanoider Roboter untereinander als auch für die Abwägung gegenüber etablierten Automatisierungskomponenten nutzen. Das Institut plant, weitere Systeme zu testen und eine Vergleichsdatenbank aufzubauen. Einzelne Module bis hin zu vollständigen Untersuchungen können beauftragt werden.(sg)

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