Fraunhofer IPA opracowuje standaryzowane analizy dla kryteriów istotnych z punktu widzenia zastosowań robotów humanoidalnych

Za pomocą rury pomiarowej mierzona jest emisja cząstek w środowisku czystego pomieszczenia. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Testy i benchmarki są podzielone na sześć kategorii. © Fraunhofer IPA

Testy i benchmarki są podzielone na sześć kategorii. © Fraunhofer IPA

Aby oszacować siłę podczas zderzenia, robot uderza w czujnik siły, taki sam, jak używany do pomiarów w cobotach. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Poprzez ruchy z różnymi ścieżkami chodu na rampie badana jest zdolność do samostabilizacji. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Wykorzystanie humanoidalnego robota w zastosowaniach przemysłowych wymaga spełnienia kryteriów istotnych z punktu widzenia aplikacji. Fraunhofer IPA opracowało do tego celu benchmark. Dzięki niemu producenci i końcowi użytkownicy mogą niezależnie od siebie analizować humanoidy pod kątem efektywności energetycznej, czystości w pomieszczeniach, bezpieczeństwa danych i innych kryteriów.

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA opracowało kompleksowy benchmark do standaryzowanej analizy humanoidalnych robotów. Dzięki niemu producenci i końcowi użytkownicy po raz pierwszy mogą obiektywnie ocenić rzeczywiste możliwości, bezpieczeństwo i przydatność tych robotów od niezależnej strony. Modułowa struktura benchmarku obejmuje sześć kryteriów istotnych z punktu widzenia zastosowania i opiera się na międzynarodowo uznanych standardach przemysłowych.

Od obecności medialnej do realistycznej oceny

Humanoidalne roboty są obecne we wszystkich mediach i fascynują swoim ludzkim kształtem. Jednak pomiędzy spektakularną inscenizacją a rzeczywistymi możliwościami istnieje duża luka. »Dla końcowych użytkowników i producentów kluczowe jest spojrzenie za fasadę, którą czasami tworzą agencje marketingowe«, wyjaśnia Simon Schmidt, kierownik działu systemów zautomatyzowanych w Fraunhofer IPA. »Rynek jest zbyt niestabilny i nieprzejrzysty, aby móc rzetelnie ocenić humanoidy do własnych zastosowań i wiarygodnie je ocenić.«

Co to jest benchmark?

Benchmark to standaryzowana usługa, w ramach której zespoły badawcze Fraunhofer IPA prowadzą humanoidy przez różne wyzwania i naukowo oceniają wyniki. Podstawy tego powstały dzięki funduszom Ministerstwa Gospodarki, Pracy i Turystyki Badenii-Wirtembergii w ramach Centrum Postępu Sztucznej Inteligencji »Lernende Systeme und Kognitive Robotik«.

Struktura modułowa benchmarku umożliwia producentom, końcowym użytkownikom i dostawcom oprogramowania celowe testowanie obszarów istotnych dla ich zastosowań. Tam, gdzie to możliwe, benchmarking opiera się na uznanych od dziesięcioleci międzynarodowych standardach przemysłowych – na przykład ISO 14644 dla czystości w pomieszczeniach lub ISO 10218 i ISO TS 15066 dla bezpieczeństwa funkcjonalnego.

Benchmark dzieli się na sześć kluczowych obszarów:

1. Technologie i podstawowe możliwości: analiza zainstalowanych czujników, modeli AI, typów chwytaków oraz testy prędkości poruszania się, sił chwytu i obsługiwanych ładunków. Obiektywne pomiary są dokonywane za pomocą systemu śledzenia 3D i czujników siły.

2. Złożone możliwości: ocena praktycznych, uniwersalnych zadań, takich jak pokonywanie schodów, omijanie przeszkód, precyzja ruchów i siły, a także szybkość reakcji. Testy są celowo trudne, aby porównywać również przyszłe generacje modeli.

3. Przydatność w czystych pomieszczeniach: ocena emisji cząstek zgodnie z ISO 14644-14, zachowania podczas emisji gazów oraz łatwości czyszczenia – kluczowe dla zastosowań w przemyśle półprzewodników, farmaceutycznym czy spożywczym.

4. Bezpieczeństwo funkcjonalne (Safety): kluczowe dla współpracy człowiek-robot. Testowana jest stabilność na różnych podłożach, ograniczenia siły przy kolizjach, wykrywanie przeszkód i zachowanie systemu podczas awarii. Testy kolizji przeprowadzane są z tymi samymi czujnikami siły, co w przypadku robotów współpracujących w przemyśle.

5. Cyberbezpieczeństwo (Security): cztery moduły sprawdzają zarządzanie słabościami, bezpieczny cykl życia, bezpieczeństwo sieci i odporność na ataki penetracyjne – w obliczu rosnących wymagań prawnych jest to kluczowy czynnik.

6. Efektywność energetyczna: pomiar czasu pracy na baterii i zużycia energii w różnych scenariuszach (stanie, chodzenie, chodzenie pod górę i z obciążeniem). Wyniki umożliwiają realistyczne planowanie zastosowań i optymalizację cykli ładowania.

Na przykładzie Unitree G1 Fraunhofer IPA po raz pierwszy szeroko zastosowało benchmark. Podstawą techniczną był dostarczony w maju 2025 roku Unitree G1 EDU-4 z Dex3-1 3-palczastymi rękami i wersją oprogramowania 1.04.

Podczas gdy robot wykazywał dobrą stabilizację i mógłby nadawać się do czystych pomieszczeń klasy ISO 5, widoczne były również wyraźne ograniczenia. Przy kolizjach siły mogą przekraczać 500 niutonów – znacznie powyżej normatywnych granic bólu. Ponadto naukowcy wykryli krytyczną lukę bezpieczeństwa Bluetooth w wersji oprogramowania dostępnej w czasie testu, umożliwiającą pełne zdalne sterowanie przez atakujących. Luki ta została już naprawiona. Pod względem efektywności energetycznej maksymalny czas pracy na jednym ładowaniu wyniósł 2 godziny i 49 minut w trybie stania oraz 1 godzina i 49 minut w typowym scenariuszu obejmującym stanie i chodzenie.

Znaczenie benchmarku dla firm

»Użytkownicy mogą bezpośrednio interpretować wyniki i wybrać odpowiedniego humanoida do konkretnego zastosowania«, podkreśla Werner Kraus, kierownik działu badań w Fraunhofer IPA. Benchmark umożliwia porównanie humanoidów nie tylko między sobą, ale także z sprawdzonymi komponentami automatyzacji. Jest to szczególnie ważne, ponieważ:

– starzenie się społeczeństwa wymusza zastosowanie automatyzacji w dotychczas ręcznych obszarach
– wysokie decyzje inwestycyjne wymagają rzetelnych, obiektywnych podstaw oceny
– normy bezpieczeństwa dla humanoidów są przewidywane dopiero na 2028 rok (ISO 25785-1)
– rosną wymogi regulacyjne dotyczące cyberbezpieczeństwa
– wrażliwe środowiska produkcyjne potrzebują wiarygodnych danych do zapobiegania zanieczyszczeniom

Benchmark zapewnia przejrzystość na nieprzejrzystym rynku i umożliwia firmom wypracowanie realistycznych oczekiwań oraz minimalizację ryzyka.

Fraunhofer IPA planuje testować kolejne humanoidy i tworzyć bazę porównawczą danych. Producenci i użytkownicy mogą od teraz zamawiać pojedyncze moduły benchmarku lub pełne analizy, korzystając z istniejącej infrastruktury i wiedzy eksperckiej.