Die Roboterhand ist die Greifeinheit humanoider Roboter, die Objekte fassen, drehen und feinfühlig halten soll. Im Interview mit Leonard Schmedding erklärt Prof. Dr. Alois Knoll den Kern des Problems. Der Robotiker leitet seit über zwei Jahrzehnten den Münchner Lehrstuhl für Robotik und Künstliche Intelligenz.
Roboterhand als Flaschenhals: Kühlschrank schleppen ist leichter
Boston Dynamics zeigte zuletzt einen Roboter, der einen Kühlschrank trägt. Die alte Messlatte der Branche lautete anders: Hol mir ein kühles Getränk. Knoll benennt den Unterschied klar. Ein Kühlschrank braucht Kraft, ein Getränk braucht Geschick.
Der Grund liegt tiefer. Ein Roboter braucht Hände, Augen und ein Modell der Welt. Knoll demonstriert das an einem Holz-Baukasten für Dreijährige. Schon dort stocken die Absprachen über Begriffe. Ist ein Bauteil ein Würfel, ein Block oder ein Verschraubungs-Element?
Ein Bielefelder Forschungs-Projekt löste diese Aufgabe vor über 30 Jahren. Ein Roboter-System baute Teile eines Spielzeug-Flugzeugs allein nach sprachlicher Anweisung. Zwölf Sun-Workstations rechneten dafür. Es war weltweit die erste vollständige Schleife aus Wahrnehmung, Kognition und Aktion.
Von 20.000 auf 15.000 Euro: die Hardware der Roboterhand
Im Jahr 2000 kaufte Knolls Lehrstuhl eine der ersten Mehrfinger-Hände. Der Preis lag bei rund 20.000 Euro. Vier Finger ließen sich einzeln bewegen, der Daumen stand in Opposition. Die Motoren saßen abgesetzt im Unterarm und zogen an Seilzügen.
Die aktuelle Hand von Inspire Robots aus China kostet etwa 15.000 Euro. Das Modell ist deutlich kleiner und hebt rund anderthalb Kilogramm. Die Motoren stecken direkt in der Hand. Optional liefert der Hersteller taktile Felder mit 100 bis 200 Messpunkten je Fingerkuppe.
Beide Bauformen stoßen an Grenzen. Die alte Hand war zu schwach, um einen Reifen auf eine Felge zu drücken. Die neue Hand ist zu klein für einen Kühlschrank. Knoll zieht daraus einen klaren Schluss: Jede Aufgabe verlangt eine eigene Hand.
Der Vergleich mit dem Menschen fällt ernüchternd aus. Die Münchner Hand von 2000 kam auf 16 Freiheitsgrade, die menschliche Hand auf rund 28. Ein drittes Muster zeigt eine Plastikhand von 2009. Der Materialwert lag bei etwa 20 Euro, die Akku-Motoren kosteten je einen Euro.
Was die menschliche Hand der Roboterhand voraus hat
Die Fingerkuppe leistet enorm viel. Im Stand erfasst sie Bruchteile eines Millimeters. Gleitet sie über eine Fläche, erzeugen die Fingerrillen Schwingungen von 200 bis 300 Hertz. So erkennt der Mensch wenige Mikrometer, dazu Schlupf und Rauheit.
Der Kraftbereich beeindruckt zusätzlich. Menschen greifen von Milligramm bis zu vielen Kilogramm mit demselben Organ. Keine Roboterhand erreicht diese Spanne. Knoll betont die Integration: Auge, Arm, Sehnen und Nervensystem arbeiten als ein System.
Dazu kommen Reflexe. Rutscht ein Glas, greift der Mensch in Bruchteilen einer Sekunde nach. Diese schnellen Regelkreise laufen lokal, teils über das Rückenmark. Der Umweg über das Auge dauert deutlich länger. Wie feinfühlige taktile Sensoren diese Lücke schließen sollen, beschäftigt derzeit viele Labore.
Zwei Fragen bleiben offen: Haltbarkeit und Reparatur. Die Fingerkuppen heutiger Modelle verschleißen schnell. Die Lebensdauer entscheidet damit über jeden Einsatz in der Industrie.
Trainingsdaten und Simulation: wie Roboterhände greifen lernen
Heutige Labore sammeln Greifdaten im Akkord. In einer Data-Collection-Farm wirft ein Mensch Objekte vor eine Kamera. Die Hand greift zu, das System zeichnet alles auf. Aus diesem Datenschatz entstehen die Basismodelle, meist Vision-Language-Action-Modelle genannt.
Knoll hält dieses Vorgehen für ineffizient. Attraktiver wäre Training in der Simulation. Ein Google-Experiment vor zehn Jahren zeigte den Weg: Mehrere Roboter lernten das Greifen selbständig und tauschten ihre Ergebnisse aus. Sein Team übertrug das im Human Brain Project in eine virtuelle Welt.
Das Hindernis heißt Kontaktkraft. Wer für die reale Welt trainiert, muss diese Welt genau modellieren. Reibung, Schlupf und verformbare Flaschen lassen sich schwer abbilden. Knoll hält den Weg trotzdem für machbar und sinnvoll.
Vom Schachtürken bis Unitree: die Geschichte humanoider Roboter
Der Traum ist alt. In der griechischen Mythologie schuf Hephaistos goldene Helfer in seiner Schmiede. Im 18. Jahrhundert folgten mechanische Automaten, darunter ein Flöten-Spieler und eine verdauende Ente. Der Schachtürke täuschte Mechanik nur vor, im Inneren saß ein Mensch.
Der erste laufende Humanoide hieß Elektro. Westinghouse zeigte ihn 1939 auf der Welt-Ausstellung. Er verstand einfache Befehle über einen Telefonhörer und sprach über einen Platten-Spieler. Der erste frei steuerbare Industrie-Roboter Unimate startete Ende der 50er Jahre bei General Motors.
Grey Walter baute eine Schildkröte mit Fotozelle und Vakuumröhre. Beobachter hielten das simple Gerät bereits für intelligent. An der Waseda-Universität in Japan lief später WABOT auf zwei Beinen, der Nachfolger spielte Orgel. Von dort führt die Linie direkt zu Unitree und Tesla Optimus.
Wo Deutschland bei humanoiden Robotern steht
Die Zahlen sind eindeutig. China zählt über 100 Anbieter, die USA etwa zehn ernste Anbieter. In Deutschland kennt Knoll zwei. Klassische Hersteller von Industrie-Robotern gibt es hierzulande praktisch nicht mehr. Das Tempo setzen Chinas humanoide Roboter, wie wir in unserer Analyse gezeigt haben.
Der Markt bleibt vorerst klein. Im vergangenen Jahr verkauften Anbieter nach Knolls Kenntnis 10.000 bis 15.000 humanoide Systeme, überwiegend an die Forschung. Rodney Brooks hält Roboterhände auch nach 2036 für ungeschickt. Knoll widerspricht: Wo Kapital auf Bedarf trifft, beschleunigt sich jede Entwicklung.
Für Unternehmen leiten wir daraus eine nüchterne Empfehlung ab. Der erste Schritt in die Fabrik führt nicht über zwei Beine, sondern über Rollen. Ein Torso mit zwei Armen und guter Sensorik deckt viele Aufgaben ab. Genau hier liegt eine reale Chance für den deutschen Mittelstand.
Knoll warnt vor dem Rückstand. Deutschland leiste sich diese Forschung, weil es sie sich noch leisten könne. Ohne Geld für Rechenzentren, Netze und Anwendungen drohe der Abstieg zum Museum. Das Geld sei da, es liege nur auf Girokonten.
Fazit: Die Roboterhand entscheidet über den Nutzen
Die Roboterhand bleibt der zentrale Flaschenhals humanoider Systeme. Mechanik, Sensorik und Lern-Verfahren müssen gemeinsam reifen. Software allein löst dieses Problem nicht.
Knoll erwartet trotzdem raschen Fortschritt. Preise fallen, Sensoren werden besser, Daten häufen sich. Bis 2050 sieht er KI als Infrastruktur, vergleichbar mit Strom und Wasser. Unternehmen, die heute in Anwendungen investieren, sichern sich morgen den Anschluss.
Häufige Fragen
Warum gilt die Roboterhand als Flaschenhals der humanoiden Robotik?
Die Hand vereint Mechanik, Sensorik und Lern-Verfahren in einem winzigen Bauraum. Genau diese Mischung bremst den Fortschritt. Alois Knoll verweist auf die Kombination aus Mechatronik, Kraft-Sensoren und Software. Reine Software entwickelt sich exponentiell, Mechanik nicht. Deshalb tragen heutige Humanoide zwar Kühlschränke, öffnen aber keine Flasche zuverlässig. Haltbarkeit und Kraftbereich bleiben die größten offenen Punkte.
Was kostet eine Roboterhand aktuell?
Eine moderne Mehrfinger-Hand von Inspire Robots liegt bei rund 15.000 Euro und hebt etwa anderthalb Kilogramm. Im Jahr 2000 kostete eine ähnliche Forschungs-Hand noch rund 20.000 Euro bei gröberer Bauweise. Nach unten geht es ebenfalls: Knolls Team baute 2009 eine Plastikhand mit einem Materialwert von etwa 20 Euro. Deren Motoren stammten aus Akku-Schraubern und kosteten je einen Euro.
Wie viele Freiheitsgrade hat eine Roboterhand?
Die Münchner Mehrfinger-Hand aus dem Jahr 2000 erreicht 16 Freiheitsgrade. Drei Finger tragen je vier Achsen, der Daumen ebenfalls vier. Die menschliche Hand kommt je nach Zählweise auf rund 28. Entscheidend ist aber nicht die Zahl allein. Knoll betont, dass Auge, Arm, Sehnen und Nervensystem beim Menschen als ein System wirken. Diese Integration fehlt technischen Händen bislang.
Wo steht Deutschland bei humanoiden Robotern?
China zählt über 100 Anbieter, die USA rund zehn ernste Anbieter, Deutschland nach Knolls Kenntnis zwei. Hersteller klassischer Industrie-Roboter gibt es hierzulande kaum noch. Die Forschung bleibt stark, die kommerzielle Umsetzung schwach. Knoll sieht eine Chance bei Systemen auf Rollen für die Fabrik, also einem Torso mit zwei Armen. Ohne Geld für Rechenzentren und Anwendungen drohe der Abstieg.
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