Die humanoide Robotik hat einen Wendepunkt erreicht. Im Jahr 2024 stiegen die weltweiten Investitionen auf über drei Milliarden US-Dollar, wodurch sich das, was einst in Universitätslabors beheimatet war, zu einem industriellen Wettlauf entwickelte. Weltweit konkurrieren Unternehmen darum, Roboter zu entwickeln, die dieselben Treppen steigen, dieselben Türen öffnen und dieselben Gesten ausführen können, wie Menschen.
In der Entwicklung der humanoiden Roboter misst sich der Fortschritt in Millimetern, Millisekunden und Millinewton, denn es geht darum, jederzeit das fragile Gleichgewicht zwischen Aktion und Stabilität zu gewährleisten. Bisher scheiterten viele Ansätze an zu schweren Antrieben, zu instabilen Gelenken, zu langsamen Steuerungssystemen. Ein Knie, das auch nur um ein halbes Grad falsch angewinkelt ist, kann einen Roboter zu Fall bringen. In Forschungslaboren weltweit ist dieses halbe Grad zum teuersten Problem der Automatisierung geworden. Jeder humanoide Roboter ist ein Balanceakt zwischen Kraft und Zerbrechlichkeit, Koordination und Chaos. Jeder Schritt erfordert perfekte Synchronisation. Es geht dabei um Dutzende von Antrieben, die harmonisch zusammenarbeiten müssen, wobei jedes Signal mit mikroskopisch kleinen Auswirkungen durch die gesamte Struktur hallt.
Wo Forschung ihre ersten Schritte macht
Das 2023 in Hangzhou gegründete Unternehmen ZJ Humanoid steht im Mittelpunkt der strategischen Bemühungen Chinas, die Entwicklung humanoider Roboter zu industrialisieren. Das Unternehmen verbindet jahrzehntelange Forschungsarbeit der Zhejiang-Universität mit Präzision in der Fertigung. Im Mittelpunkt steht Professorin Xiong Rong, Chefwissenschaftlerin und langjährige Robotikforscherin an der Zhejiang-Universität. Sie ist international bekannt für ihre Arbeit auf dem Gebiet der Steuerungstheorie und der Integration humanoider Roboter. „Wir arbeiten seit über zwei Jahrzehnten an humanoiden Robotern, von den frühen Fußball spielenden Robotern bis hin zu unseren neuesten humanoiden Prototypen“, sagt Professorin Xiong. „Unsere Mission war schon immer dieselbe – sichere und leistungsfähige Roboter in so viele Umgebungen wie möglich zu bringen.“
Für die Ingenieurinnen und Ingenieure von ZJ ist das Ziel einfach, aber anspruchsvoll: einen Humanoiden zu bauen, der leicht, kompakt und präzise genug ist, um nützlich zu sein. „Unser Schwerpunkt liegt auf der Forschung und Entwicklung humanoider Roboter, die intelligente Aufgaben bewältigen können, sowie auf der Entwicklung feinmotorischer Fähigkeiten, die sich an verschiedene reale Szenarien anpassen lassen“, erklärt Professorin Xiong. „Aber die Entwicklung eines leichten, kompakten und hochpräzisen Systems ist ein langer Weg.“
Kompakte Plattform für die Bewegungssteuerung
Herkömmliche Servosysteme basieren auf großen externen Gehäusen, die durch umfangreiche Verkabelung miteinander verbunden sind, was zu Trägheit und Verzögerungen führt. Das Team von ZJ hat diese Logik umgekehrt: Die Steuerung wurde in die Gelenke verlagert. Jedes Glied enthält einen eigenen Controller, Sensoren und eine Sicherheitslogik – eine verteilte Architektur, die dem menschlichen Nervensystem nachempfunden ist.
Um dieses Konzept in die Tat umzusetzen, war eine kompakte und dennoch leistungsstarke Plattform für die Bewegungssteuerung erforderlich. ZJ fand die Lösung in den Somanet-Circulo-Servoantrieben von Synapticon. Das Unternehmen entwickelt und produziert integrierte Antriebstechnik für Robotik und industrielle Automatisierung – mit einem klaren Schwerpunkt auf humanoider Robotik und Embodied AI. Das 2012 gegründete Unternehmen mit Hauptsitz in Schönaich und Niederlassungen im Silicon Valley, Shanghai, Shenzhen und Belgrad steht für vollständig integrierte Motion Control – die konsequente Verbindung von Software, Elektronik und Mechanik in kompakten, dezentralen Antriebslösungen.
„Wir wussten, dass wir dafür eine leistungsstarke, kompakte und sichere Bewegungssteuerung brauchten. Wir sind durch Messen und Empfehlungen von Partnern auf Synapticon aufmerksam geworden. Die Circulo-Antriebe zeichneten sich durch den höchsten Integrationsgrad aus, den wir je gesehen hatten – sie vereinen Encoder, Bremsen, Hohlwelle und kompaktes Design“, sagt Professorin Xiong. „Jeder Antrieb passt direkt in die Verbindung und vereint Leistungselektronik, Rückmeldung und Sicherheit in einer Einheit. Das Ergebnis: weniger Verkabelung, geringeres Gewicht und perfekt abgestimmte Bewegungen.“
Synchronisation im Mikrosekundenbereich
Bei humanoiden Robotern kommt es entscheidend auf das Timing an. Das Steuerungssystem von ZJ basiert auf Ethercat und gewährleistet eine deterministische Kommunikation über alle Achsen hinweg. Mithilfe von OBLAC, Synapticons browserbasierte Inbetriebnahme- und Tuning-Software für Servoantriebe, passte das Unternehmen die Servoparameter und Diagnosen so lange an, bis die Bewegungen nahtlos abliefen.
