Mobilfunk-Techniken ermöglichen Roboter-Kommunikation

Mobile Roboter sollen zu Alltagshelfern werden

Das Internet der Dinge (IoT) wächst immer weiter – und mit ihm die miteinander vernetzten Geräte. Die sogenannte M2M-Kommunikation bekommt nun auch in der Robotik immer mehr Bedeutung. Umso wichtiger ist es, eine entsprechende kabellose Kommunikationsinfrastruktur zwischen den einzelnen Robotersystemen zu schaffen.

Der Robotik-Hersteller Kuka sowie das Mobilfunkunternehmen Vodafone erforschen bereits, wie Roboter zu Alltagshelfern werden können. Mobile Robotersysteme sollen neben spezialisierten auch alltägliche Aufgaben übernehmen. Mittlerweile gibt es Projekte mit Robotern in der Alten- und Krankenpflege sowie in Industrie-Hallen. Ziel ist es, dass Roboter in Zukunft körperlich anstrengende sowie für den Menschen gefährliche Tätigkeiten übernehmen.

Schnelle und zuverlässige Funkverbindungen als Voraussetzung

Dieser Einsatz erfordert nicht nur mobile Roboter, sondern auch ein funktionierendes Kommunikationssystem, über das Robotersysteme miteinander zusammenarbeiten und kommunizieren können.

Damit Roboterverbunde zuverlässig miteinander arbeiten können,  müssen aktuell noch Menschen Robotern diverse Tätigkeiten einprogrammieren. „In Zukunft geht es darum, dass Roboter lernen, bestimmte Tätigkeiten auszuführen. Dass sie sich gegenseitig unterstützen können, neue Fertigkeiten und Fähigkeiten zu erlernen. Und hier kommt der Mobilfunk ins Spiel“, erklärt Tobias Krzossa, Pressesprecher bei Vodafone Deutschland. Um eine grundlegende Tätigkeit zu erlernen, benötigt der Mensch drei bis vier Jahre. Ein Roboter, der über Funk mit einem anderen Roboter vernetzt ist,  braucht hingegen nur wenige Minuten.

Kuka setzt auf WLAN

Eine funkbasierte Kommunikation bietet sowohl bei mobilen als auch bei stationären Robotersystemen Vorteile: „Durch den Einsatz von Funktechnologie in der Robotik werden sich – weit über den reinen Ersatz von Kabeln hinaus – neue technische Möglichkeiten ergeben und sämtliche Strukturen verändern“, so Dr. Uwe Zimmermann, Projektmanager in der Kuka Konzernforschung.

Bei der M2M-Kommunikation in der Robotik setzt Kuka aktuell auf die WLAN-Technik. Der Grund: In der Robotik ist eine geringe Taktzeit von einer Millisekunde, in der Daten zwischen Robotersystemen ausgetauscht werden, zwingend notwendig. Bisher gibt es aber kein Mobilfunknetz, die solche Latenzen zuverlässig bieten. 5G steht noch nicht großflächig zur Verfügung und 4G ist laut Kuka nicht zuverlässig genug. Daher setzt der Roboter-Hersteller bei M2M auf WLAN.

Aber: Auch bei der WLAN-Technik ist noch unklar, mit welcher Zuverlässigkeit Daten über Funk von A nach B übertragen werden und wie hoch der Durchsatz ist. Laut Zimmermann sei die Durchsatzrate von WLAN relativ hoch. Dennoch sei die Technologie nicht deterministisch und auch nicht Echtzeit-fähig. So seien aktuell noch große Schwankungen möglich. Ein weiterer Nachteil beim WLAN: Die WLAN-Technologie läuft auf sogenannten „freien Bändern“. Somit hat theoretisch jeder die Möglichkeit, sich in ein WLAN-Netz einzuloggen und dort das Netz frei und  ohne weitere Kosten zu nutzen. Dadurch sind Störungen innerhalb des Netzes durch Dritte möglich.

Vorteile der WLAN-Technik im M2M-Bereich

Die WLAN-Technik bietet aber auch Vorteile: Im Vergleich zu LTE können im WLAN Systeme innerhalb einer Industriehalle direkt miteinander kommunizieren. Zudem liefert WLAN hohe Geschwindigkeiten von bis zu einem Gigabit pro Sekunde. 4G schafft solche Datenraten nicht.

Kuka ist aktuell Teil des Projekts „fastRobotics“, das es sich zum Ziel gesetzt hat, Lösungen für die drahtlose Kommunikation zwischen Robotersystemen zu entwickeln. Im Rahmen des Projekts arbeitet Kuka mit R3Communications zusammen. Das Berliner Startup soll mit seiner auf WLAN basierenden Lösung namnes „Echoring“ eine Datenübertragung in einem festgelegten Zeitraum ermöglichen. Mit Echoring soll beispielsweise festgelegt werden, wann welcher Roboter eine Information senden darf.

Vodafone nutzt für M2M die 4G-Technik

Der Netzbetreiber Vodafone setzt in der Robotik auf 4G. Der Vorteil von LTE bei der Kommunikation im Internet der Dinge ist die hohe Reichweite. So hat Vodafone bei einer Präsentation demonstriert, wie Roboter in Düsseldorf von Robotern in München via LTE innerhalb weniger Minuten Tätigkeiten erlernen. „Die reine Datenübertragung zwischen den Robotersystemen funktioniert sehr ähnlich wie die Übertragung via Smartphone“, erklärt Krzossa.

In den mobilen Robotereinheiten sind SIM-Karten integriert, über die die Informationen via Mobilfunk miteinander geteilt werden. Dadurch besteht die Möglichkeit, dass sich Roboterverbunde als Gruppe neue Tätigkeiten beibringen. Ein weiterer Vorteil von LTE: Bei der 4G-Technik handelt es sich um „lizenzierte Bänder“. Der Nutzer ist auf den von ihm gemieteten Frequenzen also exklusiv unterwegs. Störungen durch Dritte sind somit ausgeschlossen.

Fazit und Ausblick

Beide drahtlosen Techniken haben im Bereich der M2M-Kommunikation ihre Vor- und Nachteile. Die schnelle Roboter-Kommunikation via Mobilfunk steht noch am Anfang. Erste Ergebnisse beider Ansätze sind jedoch von großer Bedeutung und sollten nach Experten-Einschätzungen in die Anforderungen für das zukunftsweisende 5G-Netz einfließen.