IKR – Institut für angewandte Künstliche Intelligenz und Robotik

Das Institut für Angewandte Künstliche Intelligenz und Robotik (IKR) widmet sich der Unterstützung von Unternehmen sowohl regional als auch überregional bei den herausfordernden Anforderungen unserer Zeit. In Anbetracht des Fachkräftemangels und demografischen Wandels ist eine verstärkte Integration von Automatisierung und künstlicher Intelligenz in Unternehmen unumgänglich. Dies stellt sicher, dass langfristig eine globale Wettbewerbsfähigkeit gewährleistet ist und Unternehmen in der Lage sind, dem zunehmenden Preisdruck aus Niedriglohnländern entgegenzuwirken, während sie ihre Lieferketten effektiv steuern können.

Die Expertise im Bereich Robotik und künstlicher Intelligenz variiert in den hiesigen Unternehmen von erfahrenen Fachleuten bis hin zu Neueinsteigern. Das IKR bedient gezielt diese Bandbreite, indem es Forschungsergebnisse in die Industrie transferiert und unabhängige Beratung anbietet, um die genannten Ziele zu erreichen. Es verfügt über ausgewiesene Experten in verschiedenen Bereichen, darunter mechatronische Entwicklung und die Verarbeitung von Sprache für Mensch-Maschine-Schnittstellen, um ein breites Spektrum an angewandter KI und Robotik abzudecken.

Als Innovation Hub fungiert das IKR als Vermittler zwischen Unternehmen und ihren einzigartigen Kompetenzen. Durch gemeinsame Projekte entstehen innovative Lösungen für aktuelle Herausforderungen im Bereich Automatisierung, KI und Robotik.

Das übergeordnete Ziel des IKR ist es, die Verschmelzung von KI und Robotik voranzutreiben. Durch die Anwendung von KI wird die Robotik auf eine neue evolutionäre Stufe gehoben, was die Entwicklung und Automatisierung von Lösungen und Robotersystemen erleichtert. Dies ermöglicht eine Senkung der Time-to-Market und ermöglicht es Unternehmen, ihre Produktion schneller und effizienter zu automatisieren.

1. Robotik in der Automatisierung (Prof. Dr.-Ing. Dirk Jacob)

Innovative Lösungen für Aufgaben im Produktionsumfeld mit dem Einsatz von Robotern zu entwickeln steht im Zentrum der Forschungstätigkeiten. Die Grundlage dafür stellt die Analyse der jeweiligen Anwendung dar, um darauf basierend den Einsatz von klassischer Industrierobotik oder Cobots zu entwickeln. Im Fokus stehen dabei neue Aufgabenfelder in der Produktion, die bisher nicht wirtschaftlich automatisierbar waren. Durch den Einsatz von KI basierten Ansätzen soll die Ressourceneffizienz und die Prozesssicherheit der Anwendungen optimiert werden, sowie eine höhere Flexibilität der Automatisierungslösungen durch eine einfachere und intuitivere Programmierung und Bedienung erreicht werden.

2. Mobile Robotik (Prof. Dr.-Ing. Matthias Lorenzen)
Mit modernster Technologie und innovativen Algorithmen ermöglicht die mobile Robotik autonome Fortbewegung von Robotern, die Vernetzung von stationären Robotern und somit hochgradig flexible, vollautomatisierte Produktionsprozesse. Durch die Integration von mobiler Robotik mit Schlüsseltechnologien des maschinellen Lernens und der kollaborativen Robotik schaffen wir innovative Lösungen, die nicht nur die Effizienz steigern, sondern auch neue Möglichkeiten für die Interaktion zwischen Menschen und Maschine eröffnen. Unsere Forschung und Entwicklung in der mobilen Robotik erstreckt sich über verschiedene Anwendungsgebiete, darunter klassische Industriebereiche, Intralogistik, Service, Gesundheitswesen und Agrarrobotik. Wir unterstützen Sie in den Bereichen autonomer Navigation in komplexen und dynamischen Umgebungen, hoch präziser Lokalisierung, der Entwicklung eigener Spezialroboter oder der Einführung zugekaufter mobiler Roboter sowie Schulungen.

3. Agrar-Robotik (Prof. Dr.-Ing. Georg Happich)
Die Agrarwirtschaft und damit auch die Agrar-Technik stellt einen Kernbereich erfolgreicher Lebensmittelversorgung dar. Die Schlagkraft und Effizient moderner (Groß-)Maschinen im Bereich der Pflanzenproduktion ist dabei von entscheidender Bedeutung. Doch der hochspezialisierte Flächenanbau wird von einem hohen Ressourcenverbrauch begleitet. Und auch an der Agrarwirtschaft gehen der demographische Wandel, zunehmende Urbanisierung und Fachkräftemangel nicht spurlos vorbei. Ressourcenschonendere und damit (z.B. ökologisch) nachhaltigere Anbau- und Produktionsverfahren stellen daher nicht nur ein hehres Ziel dar, sondern werden zur gesellschaftlichen Notwendigkeit.

Das IKR adressiert die damit verbundenen Herausforderungen mit Transferleistungen und Forschungsarbeiten im Bereich der Agrar-Robotik, wobei diese allerdings nicht ausschließlich als neuartige, disruptive Herangehensweise verstanden wird. Vielmehr werden in diesem Forschungsfeld neben neuartigen agrartechnischen Verfahren und Manipulationsmethoden auch die weitere Optimierung und (Hoch-)Automatisierung bestehender landtechnischer Paradigmen be- und erarbeitet. Das unbedingt erforderliche, zu formalisierende Prozessverständnis für Pflanzenproduktion stellt dabei für beide Herangehensweisen die Basis zur Evolution der Agrar-Technik dar.

Als (Entwicklungs-)partner ist das IKR in der Lage, seine einerseits vorhandene Expertise in bestehenden Automatisierungslösungen in der Landtechnik (z.B. auf ISOBUS-Basis) mit den Methoden und Lösungen anderer Anwendungsfelder (im Besonderen der Logistik, Industrie-, Service- und Spezialrobotik) zu hocheffektiven Anwendungen zu kombinieren.

4. Geriatrische Robotik und Mensch-Roboter-Interaktion (Prof. Dr.-Ing. Manuel Giuliani)
Der Forschungsgegenstand der Mensch-Roboter-Interaktion ist die Implementierung von multimodalen Benutzerschnittstellen (Verarbeitung von Sprache, Gesten, Gesichtsausdrücken, etc.) für Roboter jeglicher Art, und die Evaluierung dieser Schnittstellen mit geeigneten Methoden. Das grundlegende Ziel der Mensch-Roboter-Interaktion ist es, Roboter für Menschen ohne entsprechender technischer Schulung, einfach benutzbar zu machen, was heißt, dass sich der Roboter an den Menschen anpassen soll und nicht umgekehrt. Im besonderen Fall der Geriatrischen Robotik wird der ethische Einsatz von Robotern bei der Unterstützung von älteren pflegebedürftigen Menschen und deren PflegerInnen erforscht, sowohl im Privathaushalt, als auch in der ambulanten und stationären Pflege.

5. Algorithmen in der Robotik (Prof. Dr. rer.-nat. Scharpfenecker)
Algorithmen ermöglichen es Robotern ungeachtet des Anwendungsszenarios ihre Hardware gezielt zu steuern und ihre Aufgaben zu erfüllen.  Von der Wahrnehmung der Umgebung über die Schätzung des eigenen Zustandes, der Vorhersage des Verhaltens der Umgebung, der kurz-, mittel- und langfristigen Planung bis zur Umsetzung der geplanten Aktionen und zurück zur Kontrolle des Soll-Zustandes mittels Sensoren.

Hierfür kommen neben klassischen und bewährten Algorithmen auch modernste Methoden aus der Künstlichen Intelligenz wie Machine sowie Deep Learning zum Einsatz. Mit datengetriebener Algorithmen-Entwicklung lassen sich zuverlässige Systeme entwerfen, implementieren, optimieren und im Betrieb überwachen.

6. MRK-Robotik und Fügetechnik (Prof. Dr.-Ing. Christian Vogelei)
Im klassischen Feld der Fertigungstechnik besteht seit Jahren der Trend nicht nur die Automation in der Großserie anzustreben, sondern auch für kleinere Stückzahlen bzw. kleinere Betriebsgrößen bis hin zum Handwerk Automatisierungslösungen zu erarbeiten und einzusetzen. Gerade in diesem Bereich bieten sich Mensch-Roboter-Kollaborationen an, auch im Hinblick auf eine wirtschaftliche Automatisierung.

Forschungsschwerpunkt ist der innovative Einsatz der Cobots in der Fügetechnik, die in der Fertigungs- und Automatisierungstechnik eine wichtige Querschnittstechnologie darstellt. Der konkrete Einsatz von Cobots u. a. beim Schweißen, Kleben oder bei Schraubtechniken wird untersucht. Außerdem werden verschiedene augmented reality Schweißsimulationssysteme im Coboteinsatz analysiert und weiterentwickelt.

7. Mechatronische Entwicklung von Robotersystemen (Prof. Dr.-Ing. Tobias Weiser)

Die mechatronische Entwicklung von Robotersystemen behandelt die Fragestellung wie muss das System dimensioniert und gestaltet werden dabei helfen digitale Zwillinge bei der Entwicklung eine weitere Fragestellung ist wie kann ein vorhandenes Roboter System optimal in einer Robotik Applikation eingesetzt werden (Advanced Engineering). Dabei hilft sowohl das detaillierte technische Wissen als auch ein Advanced Digital Twin (Modelica, Simulink). Dabei greift das IKR auf 15 Jahre mechatronische Roboterentwicklung zurück.
Das Thema Nachhaltigkeit spielt auch in der Robotik eine große Rolle. Sustainability und Nachhaltigkeit wird durch Condition Monitoring und Predictive Maintenance in der Robotik gewährleistet auf diesem Gebiet will das IKR seinen Beitrag leisten.

8. Produktions- und Automatisierungstechnik (Prof. Dr.-Ing. Peter Stich, Prof. Dr. rer.-nat. Josef Griesbauer)
Die Steigerung und Optimierung der Produktion muss in Zukunft durch die sinkende Anzahl an Arbeits- und Fachkräften immer weiter in dem Bereich der Automatisierungstechnik verschoben werden. Innovative und neuartige Lösungen für diese Problematik zu finden, steht im Zentrum der Forschungstätigkeiten. Ob es ein komplett neu entwickelter Produktionsprozess ist oder die Automatisierung eines bestehenden spielt keine Rolle: ausgehend von den Anforderungen an Qualität und Output werden alle nötigen Methoden von Augmented Reality in der Bedienung über Virtuelle Inbetriebnahme an digitalen Zwillingen und virtueller Steuerungstechnik, bis hin zu neuartiger Netzwerktechnologie in Kabel oder Funk dazu genutzt und erforscht. Gleichermaßen Teil davon ist die Steigerung von Nachhaltigkeit und Effizienz, beispielsweise durch Energiemonitoring- und –optimierung.

Ein weiterer Fokus in diesem Bereich ist die Low Cost (Intelligent) Automation. Zielgruppe sind kleine und mittelständische Unternehmen, die schrittweise ihren Automatisierungsgrad sowie die Digitalisierung der Produktion voranbringen wollen. Einfache mechanische Systeme in Kombination mit einer intelligenten Software bieten hier großes Potenzial. So lassen sich erste Automatisierungs­lösungen, z. B. in der Handhabung von Bauteilen, schnell und kostengünstig realisieren. Wir begleiten die Firmen dabei, Schritt für Schritt den Automatisierungsgrad zu erhöhen und interne Kompetenzen in diesen Bereich aufzubauen. Der Ansatz der Low Cost Intelligent Automation beinhaltet auch eine Verbesserung der Mitarbeiter-Assistenz in der Produktion. So können mit Low-Code bzw. No-Code Ansätzen Mitarbeitenden ihre eigenen Assistenzsysteme gestalten, beispielsweise Pick-by-Vision als Unterstützung in der variantenreichen Montage.