Fraunhofer IPA vyvíjí standardizované analýzy pro relevantní kritéria humanoidních robotů

Pomocí měřicí trubice se stanoví emise částic v prostředí s čistým prostorem. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Testy a benchmarky jsou rozděleny do šesti kategorií. © Fraunhofer IPA

Testy a benchmarky jsou rozděleny do šesti kategorií. © Fraunhofer IPA

Aby bylo možné odhadnout sílu při kolizi, narazí robot na senzor síly, který se používá také pro měření u kolaborativních robotů. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Pomocí pohybů s různými dráhami chůze na rampě je zkoumána schopnost samostatné stabilizace. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Pro použití humanoidního robota v průmyslových aplikacích musí splňovat relevantní kritéria. Fraunhofer IPA pro tento účel vyvinul benchmark. Díky němu mohou výrobci a koncoví uživatelé neutrální stranou analyzovat humanoidy z hlediska energetické účinnosti, vhodnosti do čistých prostor, bezpečnosti dat a dalších oblastí.

Fraunhoferův ústav pro výrobní technologie a automatizaci IPA vyvinul komplexní benchmark pro standardizovanou analýzu humanoidních robotů. Díky němu mohou výrobci a koncoví uživatelé poprvé objektivně hodnotit skutečné schopnosti, bezpečnost a vhodnost těchto robotů z neutrálního hlediska. Modulární struktura benchmarku zahrnuje šest relevantních kritérií a vychází z mezinárodně uznávaných průmyslových standardů.

Od mediální přítomnosti k realistickému hodnocení

Humanoidi jsou mediálně všudypřítomní a fascinuje je jejich lidsky podobný vzhled. Avšak mezi spektakulární prezentací a skutečnými schopnostmi je velká mezera. »Pro koncové uživatele i výrobce je zásadní nahlédnout za fasádu, kterou někdy vytvořily marketingové agentury«, vysvětluje Simon Schmidt, vedoucí oddělení automatizovaných systémů v Fraunhofer IPA. »Trh je příliš volatilní a neprůhledný na to, aby bylo možné humanoidy spolehlivě posoudit a správně hodnotit pro vlastní použití.«

Co je benchmark?

Benchmark je standardizovaná služba, při níž výzkumné týmy Fraunhofer IPA vedou humanoidní roboty různými výzvami a výsledky vědecky vyhodnocují. Základy tohoto vznikly díky finanční podpoře Ministerstva hospodářství, práce a turistiky Bádenska-Württemberska v rámci centra pro pokrok v oblasti umělé inteligence „Učící se systémy a kognitivní robotika“.

Modulární struktura benchmarku umožňuje výrobcům, koncovým uživatelům a softwarovým dodavatelům cíleně testovat oblasti relevantní pro jejich použití. Tam, kde je to možné, se benchmarking řídí zavedenými a již desetiletí mezinárodně uznávanými průmyslovými standardy – například ISO 14644 pro vhodnost do čistých prostor nebo ISO 10218 a ISO TS 15066 pro funkční bezpečnost.

Benchmark se skládá ze šesti klíčových oblastí:

1. Technologie a základní schopnosti: Vyšetření použitých senzorů, modelů AI, typů uchopovačů a testy rychlosti pohybu, síly uchopení a manipulovatelné zátěže. Objektivní měření jsou zaznamenávána pomocí 3D sledovacího systému a silových senzorů.

2. Složitější schopnosti: Hodnocení praktických generických úkolů, jako je chůze po schodech, překonávání překážek, přesnost pohybu a síly, stejně jako reakční rychlost. Testy jsou navrženy tak, aby byly náročné a umožnily srovnání i u budoucích generací modelů.

3. Vhodnost do čistých prostor: Hodnocení uvolňování částic podle ISO 14644-14, emisí plynů a čistitelnosti – klíčové pro použití v polovodičovém, farmaceutickém nebo potravinářském průmyslu.

4. Funkční bezpečnost (Safety): Klíčové pro spolupráci člověka a robota. Testuje se stabilita na různých podkladech, omezení síly při kolizích, rozpoznávání překážek a chování systému při poruchách. Testy kolizí jsou prováděny se stejnými silovými senzory jako u kolaborativních průmyslových robotů.

5. Kybernetická bezpečnost (Security): Čtyři moduly kontrolují správu zranitelností, bezpečný životní cyklus, zabezpečení sítě a odolnost proti průnikům – vzhledem k rostoucím legislativním požadavkům je to kritický faktor.

6. Energetická účinnost: Měření výdrže baterie a spotřeby energie v různých scénářích (stání, chůze, chůze do kopce a s nákladem). Výsledky umožňují realistické plánování použití a optimalizaci nabíjecích cyklů.

Na příkladu Unitree G1 použil Fraunhofer IPA benchmark poprvé komplexně. Technickým základem byl robot Unitree G1 EDU-4 dodaný v květnu 2025 s Dex3-1 tříprstovými rukama a firmware verzí 1.04.

Zatímco robot vykazuje dobrou stabilizaci a mohl by být vhodný do čistých prostor třídy ISO 5, byly také patrné výrazné limity. Při kolizích mohou síly přesáhnout 500 Newtonů – což je daleko nad povolenými práhly bolesti podle normy. Navíc vědci identifikovali kritickou bezpečnostní mezeru v Bluetooth u softwarové verze dostupné v době testu, která umožňuje úplné dálkové ovládání útočníky. Tato mezera je již nyní odstraněna. Pokud jde o energetickou účinnost, maximální doba provozu s jednou nabíječkou byla 2 hodiny a 49 minut při stání a 1 hodina a 49 minut při scénáři zahrnujícím stání a chůzi.

Relevance benchmarku pro firmy

»Uživatelé mohou výsledky přímo interpretovat a najít tak vhodného humanoida pro správnou aplikaci«, zdůrazňuje Werner Kraus, vedoucí výzkumného oddělení v Fraunhofer IPA. Benchmark nejen umožňuje srovnání humanoidů mezi sebou, ale i s osvědčenými automatizačními komponenty. To je zvlášť důležité, protože:

– demografické změny nutí k nasazení automatizace v dříve manuálních oblastech
– vysoké investiční rozhodnutí vyžadují fundované, objektivní základy hodnocení
– normy bezpečnosti pro humanoidy se očekávají až v roce 2028 (ISO 25785-1)
– rostou regulatorní požadavky na kybernetickou bezpečnost
– citlivá výrobní prostředí potřebují spolehlivé údaje pro prevenci kontaminace

Benchmark přináší transparentnost na trhu, který je jinak neprůhledný, a umožňuje firmám vytvářet realistická očekávání a minimalizovat rizika.

Fraunhofer IPA plánuje dále testovat další humanoidy a vybudovat databázi srovnání. Výrobci a uživatelé mohou od nynějška objednávat jednotlivé moduly benchmarku nebo kompletní vyšetření a těžit z dostupné infrastruktury a odbornosti.