Antriebstechnik Milliarden-Dollar-Wette auf humanoide Roboter – und Synapticon ist dabei

ZJ Humanoid geht zügig in Richtung humanoider Roboter. Eine zentrale Rolle bei deren Entwicklung spielt hierbei die Technologie von Synapticon. Kürzlich hat ZJ Humanoid Robots eine Finanzierungsrunde über 65 Mio. US-Dollar abgeschlossen, womit sich das in nur 18 Monaten eingeworbene Gesamtkapital auf 290 Mio. US-Dollar beläuft.

Die humanoide Robotik hat einen Wendepunkt erreicht. Im Jahr 2024 stiegen die weltweiten Investitionen auf über 3 Milliarden Dollar, wodurch sich das, was einst in Universitätslabors beheimatet war, zu einem industriellen Wettlauf entwickelte. Weltweit konkurrieren Unternehmen darum, Roboter zu entwickeln, die dieselben Treppen steigen, dieselben Türen öffnen und dieselben Gesten ausführen können, wie Menschen.

In der Entwicklung der humanoiden Roboter misst sich der Fortschritt in Millimetern, Millisekunden und Millinewton, denn es geht darum jederzeit das fragile Gleichgewicht zwischen Aktion und Stabilität zu gewährleisten. Bisher scheiterten viele Ansätze an zu schweren Antrieben, zu instabilen Gelenken, zu langsamen Steuerungssystemen.

Bildergalerie

Ein Knie, das auch nur um ein halbes Grad falsch angewinkelt ist, kann einen Roboter zu Fall bringen. In Forschungslaboren weltweit ist dieses halbe Grad zum teuersten Problem der Automatisierung geworden. Jeder humanoide Roboter ist ein Balanceakt zwischen Kraft und Zerbrechlichkeit, Koordination und Chaos. Jeder Schritt erfordert perfekte Synchronisation. Es geht dabei um Dutzende von Antrieben, die harmonisch zusammenarbeiten müssen, wobei jedes Signal mit mikroskopisch kleinen Auswirkungen durch die gesamte Struktur hallt.

Mission: sichere und leistungsfähige Roboter

Das 2023 in Hangzhou gegründete Unternehmen ZJ Humanoid steht im Mittelpunkt der strategischen Bemühungen Chinas, die Entwicklung humanoider Roboter zu industrialisieren. Das Unternehmen für Physical AI verbindet jahrzehntelange Forschungsarbeit der Zhejiang-Universität mit der Präzision der Fertigung.

Im Mittelpunkt steht Professor Xiong Rong, Chefwissenschaftlerin und langjährige Robotikforscherin an der Zhejiang-Universität. Sie ist international bekannt für ihre Arbeit auf dem Gebiet der Steuerungstheorie und der Integration humanoider Roboter. „Wir arbeiten seit über zwei Jahrzehnten an humanoiden Robotern, von den frühen Fußball spielenden Robotern bis hin zu unseren neuesten humanoiden Prototypen“, sagt Professor Xiong Rong. „Unsere Mission war schon immer dieselbe – sichere und leistungsfähige Roboter in so viele Umgebungen wie möglich zu bringen.“

Für die Ingenieure von ZJ ist das Ziel einfach, aber anspruchsvoll: einen Humanoiden zu bauen, der leicht, kompakt und präzise genug ist, um nützlich zu sein. „Unser Schwerpunkt liegt auf der Forschung und Entwicklung humanoider Roboter, die intelligente Aufgaben bewältigen können, sowie auf der Entwicklung feinmotorischer Fähigkeiten, die sich an verschiedene reale Szenarien anpassen lassen“, erklärt Professor Xiong. „Aber die Entwicklung eines leichten, kompakten und hochpräzisen Systems ist ein langer Weg.“

Chinesen schätzen schwäbische Ingenieurskunst

Herkömmliche Servosysteme basieren auf großen externen Gehäusen, die durch umfangreiche Verkabelung miteinander verbunden sind, was zu Trägheit und Verzögerungen führt. Das Team von ZJ hat diese Logik umgekehrt: Die Steuerung wurde in die Gelenke verlagert. Jedes Glied enthält einen eigenen Controller, Sensoren und eine Sicherheitslogik – eine verteilte Architektur, die dem menschlichen Nervensystem nachempfunden ist.

Um dieses Konzept in die Tat umzusetzen, war eine kompakte und dennoch leistungsstarke Plattform für die Bewegungssteuerung erforderlich. ZJ fand die Lösung in den Somanet-Circulo-Servoantrieben von Synapticon. Das Hightech-Unternehmen aus Schönaich bei Stuttgart entwickelt und produziert integrierte Antriebstechnik für Robotik und industrielle Automatisierung — mit einem klaren Schwerpunkt auf humanoider Robotik und Embodied AI. Das 2012 gegründete Unternehmen mit Hauptsitz in Schönaich und Niederlassungen im Silicon Valley, Shanghai, Shenzhen und Belgrad steht für vollständig integrierte Motion Control — die konsequente Verbindung von Software, Elektronik und Mechanik in kompakten, dezentralen Antriebslösungen.

„Wir wussten, dass wir dafür eine leistungsstarke, kompakte und sichere Bewegungssteuerung brauchten. Wir sind durch Messen und Empfehlungen von Partnern auf Synapticon aufmerksam geworden. Die Circulo-Antriebe zeichneten sich durch den höchsten Integrationsgrad aus, den wir je gesehen hatten – sie vereinen Encoder, Bremsen, Hohlwelle und kompaktes Design“, sagt Professor Xiong. „Jeder Antrieb passt direkt in die Verbindung und vereint Leistungselektronik, Rückmeldung und Sicherheit in einer Einheit. Das Ergebnis: weniger Verkabelung, geringeres Gewicht und perfekt abgestimmte Bewegungen.“

Synchronisation im Mikrosekundenbereich

Bei humanoiden Robotern kommt es entscheidend auf das Timing an. Das Steuerungssystem von ZJ basiert auf Ethercat und gewährleistet eine deterministische Kommunikation über alle Achsen hinweg. Mithilfe von Oblacs, Synapticons browserbasierte Inbetriebnahme- und Tuning-Software für Servoantriebe, optimierte das Unternehmen die Servoparameter und Diagnosen so lange, bis die Bewegungen nahtlos abliefen.

„Die Zusammenarbeit mit Synapticon verlief von Anfang an reibungslos und war sehr hilfreich“, sagt Professor Xiong. „Ihre Technologie half uns dabei, die hochpräzise Servosteuerung zu erreichen, die wir für unsere Roboterarme benötigten.“ Diese Synchronisation im Mikrosekundenbereich verwandelt Dutzende unabhängiger Gelenke in einen einzigen, harmonisch abgestimmten Körper.

Sicherheit, die in der Hardware steckt

Bei humanoiden Robotern muss die Sicherheit im Inneren der Maschine gewährleistet sein, nicht außerhalb. „Platzersparnis ist in einem komplexen Robotersystem von entscheidender Bedeutung“, bemerkt Professor Xiong. „Synapticon Circulo bietet hier die perfekte Lösung. Gemeinsam haben wir eine große Herausforderung im Bereich der Gelenkstabilität gemeistert und unseren Roboter vom Laborprototyp in die Produktionsphase gebracht.“

Jeder Aktuator verfügt über die Funktionen „Safe Torque Off“ (STO) und „Safe Brake Control“ (SBC) und bildet so eine dezentrale Sicherheitskette, die lokal auf jeden Fehler reagiert – schneller und zuverlässiger als zentralisierte Systeme.

Humanoide als skalierbare industrielle Systeme

Die technischen Entscheidungen von ZJ Humanoid Robots, die zur Wahl von Synapticon beitrugen, basieren auf drei Grundsätzen:

• 1. Verteilte Steuerung: Die Intelligenz an den Gelenken verhindert Verzögerungen und reduziert die Komplexität.

• 2. Deterministische Synchronisation: Ethercat sorgt dafür, dass alle Achsen harmonisch zusammenarbeiten.

• 3. Eigensicherheit: In die Antriebe integrierte Schutzvorrichtungen vereinfachen die Zertifizierung und stärken das Vertrauen.

Diese Prinzipien verwandeln Humanoide von fragilen Laborprojekten in skalierbare industrielle Systeme.

Vom Prototyp zur Plattform

Für Simon Fischinger, CEO von Synapticon, belegt das gemeinsame Projekt rund um die humanoiden Roboter von ZJ Humanoid Robots einige zentrale Voraussetzungen für zukünftige Entwicklungen: „Die Steuerung im humanoiden Roboter muss dort angesiedelt werden, wo die Bewegung stattfindet – dezentrale Intelligenz ermöglicht skalierbare Konstruktionen. Auch das Timing ist ganz essentiell, denn nur deterministische Netzwerke schaffen mechanische Zuverlässigkeit. Außerdem gilt es, Sicherheit vorab zu integrieren, statt sie nachträglich hinzuzufügen, denn Schutz auf Hardwareebene schafft Vertrauen.“

Professor Xiong fast abschließend zusammen: „Dank der Unterstützung von Synapticon konnten wir einen leichten, hochintegrierten Roboter entwickeln, der für den Einsatz in der Praxis bereit ist. Das ist aber erst der Anfang. Mit den richtigen Komponenten und den richtigen Partnern sind wir zuversichtlich, dass unsere humanoiden Roboter Einzug in Privathaushalte und Industriebetriebe halten und das Leben der Menschen verändern werden.“

(ID:50829603)