Fraunhofer IPA ontwikkelt gestandaardiseerde analyses voor toepassingsrelevante criteria van humanoïde robots

Met een meetbuis wordt de deeltjesemissie in een cleanroomomgeving vastgesteld. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

De tests en benchmarks zijn onderverdeeld in zes categorieën. © Fraunhofer IPA

De tests en benchmarks zijn onderverdeeld in zes categorieën. © Fraunhofer IPA

Om de kracht bij een botsing te schatten, botst de robot tegen een krachtensensor, zoals die ook wordt gebruikt voor metingen bij cobots. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Door bewegingen met verschillende looproutes op een helling wordt het vermogen tot zelfstabilisatie onderzocht. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Een humanoïde robot inzetten in industriële toepassingen vereist het voldoen aan toepassingsgerichte criteria. Het Fraunhofer IPA heeft hiervoor een benchmark ontwikkeld. Hiermee kunnen fabrikanten en eindgebruikers humanoïden laten analyseren op energie-efficiëntie, cleanroomgeschiktheid, gegevensbeveiliging en meer, door een neutrale instantie.

Het Fraunhofer-instituut voor productie- en automatiseringstechniek IPA heeft een uitgebreide benchmark ontwikkeld voor de gestandaardiseerde analyse van humanoïde robots. Hiermee kunnen fabrikanten en eindgebruikers voor het eerst de werkelijke capaciteiten, veiligheid en inzetbaarheid van deze robots objectief laten beoordelen door een neutrale partij. De modulaire benchmark omvat zes toepassingsgerichte criteria en is gebaseerd op internationaal erkende industriestandaarden.

Van mediapresentatie tot realistische beoordeling

Humanoïde robots zijn media-omnipresent en fascineren door hun mensachtige verschijning. Maar tussen spectaculaire presentatie en daadwerkelijke vaardigheden bestaat een grote kloof. »Voor eindgebruikers en fabrikanten is een kijkje achter de soms door marketingbureaus opgezette façade essentieel«, legt Simon Schmidt uit, hoofd van de afdeling Geautomatiseerde Systemen bij het Fraunhofer IPA. »De markt is te volatiel en ondoorzichtig om humanoïden voor eigen toepassingen goed te kunnen inschatten en betrouwbaar te beoordelen.«

Wat is de benchmark?

De benchmark is een gestandaardiseerde dienst waarbij onderzoeksteams van het Fraunhofer IPA humanoïde robots door verschillende uitdagingen leiden en de resultaten wetenschappelijk evalueren. De basis hiervoor is ontstaan dankzij subsidies van het Ministerie van Economie, Arbeid en Toerisme Baden-Württemberg in het kader van het KI-voortgangscentrum »Lernende Systeme und Kognitive Robotik«.

De modulaire structuur van de benchmark stelt fabrikanten, eindgebruikers en softwareleveranciers in staat gericht de voor hun toepassing relevante gebieden te testen. Waar mogelijk, is de benchmarking gebaseerd op gevestigde en al decennia internationaal erkende industriestandaarden – bijvoorbeeld ISO 14644 voor cleanroomgeschiktheid of ISO 10218 en ISO TS 15066 voor functionele veiligheid.

De benchmark is onderverdeeld in zes kerngebieden:

1. Technologieën en basisvaardigheden: Onderzoek naar de ingebouwde sensoren, KI-modellen, grijpertypen en testen op loop-snelheid, grijpkrachten en hanterbare lasten. Objectieve meetwaarden worden vastgelegd met behulp van een 3D-volgsysteem en krachtensoren.

2. Complexe vaardigheden: Beoordeling van praktijkgerichte generieke taken zoals traplopen, obstakeloverwinning, bewegings- en krachtprecisie en reactietijd. De tests zijn bewust veeleisend ontworpen om ook toekomstige modelgeneraties vergelijkbaar te maken.

3. Cleanroomgeschiktheid: Beoordeling van deeltjesvrijgave volgens ISO 14644-14, het uitstootgedrag en de reinigbaarheid – essentieel voor inzet in de halfgeleider-, farmaceutische- of voedingsmiddelenindustrie.

4. Functionele veiligheid (Safety): Centraal voor mens-robot samenwerking. Getest worden stabiliteit op verschillende ondergronden, krachtbeperking bij botsingen, obstakeldetectie en systeemgedrag bij uitval. Botsingstests worden uitgevoerd met dezelfde krachtensensoren als voor collaboratieve industriële robots.

5. Cybersveiligheid (Security): Vier modules controleren kwetsbaarheidsbeheer, veilige levenscyclus, netwerksveiligheid en penetratieresistentie – een kritische factor gezien de toenemende wettelijke eisen.

6. Energie-efficiëntie: Meting van de batterijduur en energieverbruik in verschillende scenario’s (staan, lopen, lopen met helling en last). De resultaten maken een realistische inzetplanning en optimalisatie van laadcycli mogelijk.

Als voorbeeld heeft het Fraunhofer IPA de benchmark voor het eerst uitgebreid toegepast op de Unitree G1. De technische basis was een in mei 2025 geleverde Unitree G1 EDU-4 met Dex3-1 3-vingerhanden en firmwareversie 1.04.

Hoewel de robot een goede zelfstabilisatie vertoont en mogelijk geschikt is voor cleanrooms van ISO-klasse 5, werden ook duidelijke beperkingen zichtbaar. Bij botsingen kunnen krachten optreden van meer dan 500 Newton – ver boven de volgens norm toegestane pijngrenzen. Daarnaast identificeerden de onderzoekers een kritische Bluetooth-beveiligingslek in de op dat moment beschikbare softwareversie, dat volledige externe controle door aanvallers mogelijk maakt. Dit lek is inmiddels verholpen. Wat energie-efficiëntie betreft, waren de maximale bedrijfstijden met één batterij ongeveer 2 uur en 49 minuten bij puur staan en 1 uur en 49 minuten bij een typisch scenario dat staan en lopen combineert.

Relevantie van de benchmark voor bedrijven

»Gebruikers kunnen de resultaten direct interpreteren en zo de juiste humanoïde voor de juiste toepassing vinden«, benadrukt Werner Kraus, hoofd van het onderzoeksgebied bij het Fraunhofer IPA. De benchmark maakt humanoïden niet alleen onderling vergelijkbaar, maar ook met beproefde automatiseringscomponenten. Dit is vooral belangrijk omdat:

– de demografische verandering het gebruik van automatisering in voorheen handmatige sectoren afdwingt
– grote investeringsbeslissingen onderbouwde, objectieve evaluatiegrondslagen vereisen
– veiligheidsnormen voor humanoïden pas in 2028 (ISO 25785-1) worden verwacht
– regelgevende eisen aan cybersveiligheid toenemen
– gevoelige productieomgevingen betrouwbare gegevens voor contaminatiepreventie nodig hebben

De benchmark biedt transparantie op een ondoorzichtige markt en stelt bedrijven in staat realistische verwachtingen te ontwikkelen en risico’s te minimaliseren.

Het Fraunhofer IPA is van plan om meer humanoïden te testen en een vergelijkingsdatabase op te bouwen. Fabrikanten en gebruikers kunnen vanaf nu individuele benchmarkmodules tot volledige onderzoeken laten uitvoeren en profiteren van de bestaande infrastructuur en expertise.