Die Entwicklung humanoider Roboter macht große Fortschritte, doch eine zentrale Herausforderung bleibt: die Geschicklichkeit ihrer Hände. Ein aktueller Streit zwischen den Robotikunternehmen Origami Robotics und 1X Technologies beleuchtet die Kernprobleme bei der Konstruktion von Roboterhänden. Es geht um die Frage, ob komplexe Sehnen-Systeme oder vereinfachte Gelenkantriebe der Schlüssel zu menschenähnlicher Manipulation sind.
Wichtige Erkenntnisse
- Herkömmliche Getriebe in Roboterhänden verursachen Probleme wie hohe Trägheit und mangelnde Sensorik.
- Origami Robotics schlägt Axialflussmotoren mit niedrigeren Übersetzungen vor, um die Sensorik zu verbessern.
- 1X Technologies setzt auf sehnengetriebene Hände mit optimierten Spezifikationen für seinen NEO-Humanoiden.
- Die Haltbarkeit von Roboterhänden im Alltag ist ein großes Problem, das zu einer Debatte über Wartungszyklen führt.
- Die Komplexität moderner Roboterhände könnte eine neue Dienstleistungsbranche für Robotermechaniker schaffen.
Das Dilemma der Roboterfinger: Die Getriebe-Falle
Roboterfinger sind klein, was die Integration leistungsstarker Motoren erschwert. Quanting Xie, Mitbegründer von Origami Robotics, beschreibt dies als die „Geometrische Verfluchung“. Er erklärt, dass das Drehmoment mit der dritten Potenz der linearen Dimension skaliert. Schrumpft man einen Motor auf Fingergröße, verliert er stark an Drehmoment. Ingenieure müssen daher Getriebe mit sehr hohen Übersetzungen einsetzen, oft zwischen 200:1 und 288:1, um die nötige Kraft zu erzeugen.
Interessanter Fakt
Die Trägheit, die ein Roboterfinger beim Aufprall auf ein Objekt erfährt, skaliert mit dem Quadrat der Getriebeübersetzung (N²). Bei einer Übersetzung von 288:1 entspricht der Aufprall der Wucht eines Vorschlaghammers.
Diese hohen Getriebeübersetzungen führen zu drei Hauptproblemen, die die Entwicklung erschweren:
- Reflektierte Trägheit: Ein Roboterfinger kann Objekte nicht präzise greifen, da die Trägheit des Getriebes die feine Bewegung behindert.
- Informationswand: Reibung in den Getrieben blockiert Kraftinformationen, die den Motor erreichen sollen. Die Hand ist "blind" für feine Berührungen.
- Mechanische Zerbrechlichkeit: Die kleinen Getriebezähne sind anfällig für Beschädigungen, was Wartung und Reparaturen aufwendig macht.
Diese Herausforderungen zwingen Entwickler, in Simulationen auf "Domain Randomization" zurückzugreifen. Sie versuchen, unvorhersehbare Faktoren wie Schmierstoffviskosität und Getriebeverschleiß auszugleichen. Origami Robotics sieht dies jedoch als Symptombehandlung, nicht als Lösung des Grundproblems.
Origamis Ansatz: Axialflussmotoren und geringe Übersetzungen
Um diese Probleme zu überwinden, setzt Origami Robotics auf eine neue Motorarchitektur. Sie verwenden Axialflussmotoren anstelle der traditionellen Radialflussmotoren. Diese flachere Bauweise ermöglicht es, Magnete mit einem größeren effektiven Radius zu platzieren und so mehr Drehmoment in einem kleineren Volumen zu erzeugen.
"Unsere Prototypenhand nutzt Axialflussmotoren, um eine transparente 15:1 Getriebeübersetzung zu erreichen. Dies reduziert die Lücke zwischen Simulation und Realität bei Manipulationsaufgaben erheblich", erklärt ein Sprecher von Origami Robotics.
Durch thermische Optimierung konnte die Getriebeübersetzung von den branchenüblichen 288:1 auf 15:1 gesenkt werden. Das Ergebnis ist eine Hand, die Kräfte allein über den Motorstrom wahrnehmen kann. Dieser Ansatz ähnelt der Propriozeption, wie sie auch von Kyber Labs verfolgt wird.
1X Technologies kontert mit NEOs Hand-Spezifikationen
Die Kritik von Origami Robotics löste eine Reaktion von Bernt Børnich, dem CEO von 1X Technologies, aus. Er verteidigt das sehnengetriebene Paradigma, das im kommenden Humanoiden NEO eingesetzt wird. Børnich betont, dass 1X durch die Verlagerung der Aktuatoren in den Unterarm hohe Transparenz und Sicherheit erreicht.
Hintergrund: Sehnentrieb vs. Gelenktrieb
Beim Sehnentrieb (wie bei 1X und Tesla V3) sind die Motoren oft weiter entfernt, und die Kraft wird über Seile oder Bänder auf die Finger übertragen. Dies kann zu geringerer Masse in der Hand und damit zu höherer Sicherheit führen. Beim Gelenktrieb (wie bei Origami und Wuji Tech) sitzen die Motoren direkt an den Gelenken, was eine direktere Kraftübertragung ermöglicht.
Børnich veröffentlichte aktualisierte Spezifikationen für NEOs Hände, die für den kommerziellen Start im Jahr 2026 verbessert wurden:
- Freiheitsgrade (DOF): 22 DOF, vollständig über 44 aktive Sehnen angetrieben.
- Getriebeübersetzung: 8:1 (mit Sehnen und 1X-eigenen Hochdrehmomentmotoren).
- Zuverlässigkeit: 3,5 Millionen Zyklen bei Nennlast.
- Krafttransparenz: "Hoch" über Motorströme.
Dr. Scott Walter, bekannt als der "Humanoid Botangelist", bemerkte, dass dies eine deutliche Verbesserung gegenüber dem 18-DOF-Modell des Neo Beta Prototyps darstellt. Er vermutet, dass 1X die Beweglichkeit des CMC-Gelenks und die Opposition des fünften Mittelhandknochens wiederhergestellt hat, um "menschliche Gleichwertigkeit" zu erreichen. Dies ist ein Ziel, das auch Figure mit seiner Hand der siebten Generation verfolgt.
Die 100-Millionen-Zyklen-Lücke und Wartungsfragen
Unabhängig von der Debatte über Sehnen- oder Gelenktrieb weist Quanting Xie auf eine ernüchternde Realität hin: die Zuverlässigkeit. Industrieroboter von Firmen wie FANUC erreichen typischerweise eine Lebensdauer von 80.000 bis 100.000 Stunden, was etwa 180 Millionen Zyklen entspricht. Xie stellte die Praxistauglichkeit von Børnichs Angabe von 3,5 Millionen Zyklen infrage.
Er rechnete vor, dass bei einer hohen Aktivität im Haushalt, etwa 60 Greifvorgängen pro Minute für ständiges Aufräumen, Wäschewaschen und Küchenarbeiten, diese Grenze bereits nach 81 Tagen erreicht wäre. Børnich entgegnete, dass 60 Greifvorgänge pro Minute selbst die menschliche Leistung übersteigen. Er merkte an, dass NEO wahrscheinlich deutlich länger halten würde, da typische häusliche Greifvorgänge weit unter der Nennlast stattfinden.
Der Streit zeigt auch eine grundlegende Meinungsverschiedenheit bei der Reparaturfreundlichkeit. Børnich argumentiert, dass 1X NEO speziell für den günstigen und einfachen Austausch von Verschleißteilen konzipiert hat. Hochpräzise Getriebe seien hingegen teuer und schwer zu warten. Xie äußerte sich jedoch skeptisch gegenüber dem Wartungsaufwand. Er meint, dass das Neuverlegen von 44 gerissenen Sehnen durch eine Hand mit vielen Freiheitsgraden eine wesentlich komplexere Aufgabe sei, als einfach einen modularen Gelenktrieb-Aktuator mit vier Schrauben auszutauschen.
Diese Haltbarkeitsprobleme veranlassten Xie zu der Prognose einer neuen Wirtschaftsbranche: der "Robo-Mechanik". Ähnlich wie bei Kfz-Werkstätten wird die Komplexität von Händen mit 22 Freiheitsgraden, ob getriebe- oder sehnengetrieben, wahrscheinlich eine professionelle Wartung erfordern, die über die Fähigkeiten des durchschnittlichen Hausbesitzers hinausgeht. Während Firmen wie Sharpa Robotics die Massenproduktion hochfahren, verschiebt sich der Fokus der Branche von der Frage "Kann er die Aufgabe erledigen?" hin zu "Wie lange kann er die Aufgabe erledigen, bevor er kaputtgeht?"
