Das DLR bei der World of Quantum und der automatica in München
- Die DLR-Ausstellung auf der automatica 2023 fokussiert sich auf Systeme der Industrie- sowie humanoiden Assistenzrobotik.
- Auf der World of Quantum können Besucherinnen und Besucher neuste Quantencomputer-Technologie und Quantenforschung erleben.
- Schwerpunkte: Digitalisierung, Raumfahrt, Robotik, Quantentechnologien, Quantencomputer, Industrie 4.0
Roboter, die ein flexibles Produktionsnetzwerk abbilden, und Quantencomputer im (Rechen)Einsatz – auf der automatica, der Leitmesse für intelligente Automation und Robotik, und der World of Quantum präsentiert das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) vom 27. bis 30. Juni 2023 in München neueste Technologie aus Robotik- und Quantenforschung.
Diesjährige Highlights des DLR-Instituts für Robotik und Mechatronik sind das Robotersystem Factory of the Future - Extended (FoF-X) sowie der humanoide Assistenzroboter Agile Justin – zu sehen auf der automatica in der Halle B4 am Stand 320.
Fabrik der Zukunft
Intelligente, digital vernetze Roboter sind ein wesentlicher Teil der Produktion der Zukunft. Zu diesem Zweck entwickelt das DLR im Projekt „Factory of the Future-Extended“ Methoden zur robotergestützten Ausführung von Produktionsprozessen. Insgesamt arbeiten sieben Institute und Einrichtungen fachübergreifend an rekonfigurierbaren Robotersystemen, Mensch-Roboter-Kollaboration, autonomer Ausführung und digitalen Abbildern von Systemen und Produkten. Auf der automatica können Messebesucher das flexible Produktionsnetz in Aktion erleben.
Variable Roboterarbeitsstation
Zentrales Element der modular aufgebauten Stationen ist dabei der DLR-Roboterarm SARA (Safe Autonomous Robotic Assistant). Der drehmomentgeregelte Leichtbauroboterarm kann, je nach Aufgabe, die Position der Komponenten und der geeigneten Werkzeuge selbstständig herstellen und geeignete Werkzeuge auswählen. Die spezielle Kraftsensorik und Regelung des Roboterarms ermöglicht es den Bedienenden das System intuitiv durch Vormachen zu programmieren. Die Ausführung schwieriger Montageaufgaben erfolgt feinfühlig, schnell und präzise.
Autonomer Industrieller Mobiler Manipulator (AIMM)
Für die Logistik zwischen den einzelnen Stationen sorgt das autonome und mobile System AIMM (Autonomer Industrieller Mobiler Manipulator). Auf der automatica demonstriert das System seine Fähigkeit auch komplexe Aufgaben in der Handhabung selbstständig zu lösen. Hierfür nutzt es neueste Methoden zur Perzeption und Bewegungsplanung.
Die Systeme SARA und AIMM der DLR-Zukunftsfabrik stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Digitalisierung und Automatisierung industrieller Robotik dar. Produktionsprozess werden durch sie effizienter, flexibler und sicherer.
Humanoide Assistenzrobotik
Mit humanoiden Robotern wie „Agile Justin“ demonstriert das DLR-Team auf der automatica neuste Robotertechnologie zu lernbasierter und geschickter Manipulation mit mehrfingrigen Händen. Die motorischen und sensorischen Fähigkeiten des Roboters kommen menschlichen Händen nahe – was ihn zu einem der weltweit führenden humanoiden Roboter in diesem Feld macht. Um sogenannte Pick-and-Place-Aufgaben effizient lösen zu können, nutzt er eine kombinierte Planung von In-Hand-Manipulation und Ganzkörperbewegungen.
Agile Justin bietet zudem eine ideale Forschungsplattform zur Verbindung von Robotersystemen mit künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen. In Simulationen lernt der Roboter sich kollisionsfrei in geometrisch komplexen Umgebungen zu bewegen, unbekannte Objekte selbstständig zu greifen und diese geschickt in der Hand zu bewegen.
Eingesetzt werden könnten solche humanoiden Robotersysteme beispielsweise bei handwerklichen Arbeiten auf der internationalen Raumstation und auf dem Mars sowie als Unterstützung bei Haushaltstätigkeiten in der Pflege.
Das Institut Robotik und Mechatronik des DLR stellt außerdem den Hybrid Compliant Gripper (HCP) vor. Das Projekt IntelliMan nutzt den HCP, um zu erforschen, wie ein Roboter effizient lernen kann zielgerichtet und hochleistungsfähig zu greifen. Der HCP ist eine Weiterentwicklung der Clash-Hand, an der feinfühliges Roboter-Greifen für den industriellen Einsatz erprobt wird.
Die DLR Quantencomputing-Initiative (QCI)
Die DLR Quantencomputing-Initiative (QCI) hat in den letzten Monaten enorme Fortschritte gemacht: 16 Hardware- und gut zwei Dutzend Anwendungsprojekte wurden auf den Weg gebracht. Industriepartner und DLR-Institute entwickeln gemeinsam Quantencomputer, Enabling-Technologien, Software und Anwendungen. An den DLR-Innovationszentren in Hamburg und Ulm bündelt das DLR Infrastruktur und Kompetenzen für das Ökosystem Quantencomputing.
Die QCI stellt am DLR-Stand in Halle A1 am Stand 514 zwei Quantencomputer aus ihrem Hardware-Programm vor: den XQ1i des Startups XeedQ und den SuNQC des Startups SaxonQ. Beide Quantencomputer sind derzeit für das DLR in Entwicklung. Sie werden auf der World of Quantum live betrieben und vorgeführt. Die Besucherinnen und Besucher erfahren, wie ein Quantensystem direkt manipuliert und für grundlegende Quantencomputing-Operationen genutzt werden kann.
Neben allen Hardware-Projekten präsentiert die DLR QCI ihre Forschungsprojekte ALQU und BASIQ. An beiden Projekten beteiligen sich Industrieunternehmen. Bei ALQU geht es um maßgeschneiderte Kompilierungsstrategien für prototypische Quantencomputer der DLR QCI. Die Industriepartner entwickeln außerdem maßgeschneiderte Quantenalgorithmen für schwere, industrierelevante Rechenprobleme. BASIQ simuliert Batteriematerialien auf atomistischer Ebene und Batteriezellen auf Kontinuumsebene mit Quantencomputern der DLR QCI. Zusätzlich wird die Quantensimulation an spezifische Hardware angepasst.
BECCAL – Bose Einstein Condensate and Cold Atom Laboratory
Im Projekt BECCAL untersucht das DLR sowohl auf der Erde als auch in der Schwerelosigkeit auf der Internationalen Raumstation ISS ultrakalte Quantengase und kondensierte Atome. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler schaffen damit die Voraussetzungen für die Grundlagenforschung und die Entwicklung künftiger Quantensensoren. Die ISS bietet hierfür eine einzigartige Umgebung mit permanenter Schwerelosigkeit. Dies ermöglicht unter anderem verlängerte Freifall- und Beobachtungszeiten, die Nutzung weiterer Fallenkonfigurationen zum Fangen und Kühlen von Atomen sowie eine Wiederholbarkeit für statistische Analysen. Bei der World of Quantum ist ein Modell der Experimentierkammer zu sehen.
QSOC – Quantum Space Operations Center
Der Betrieb von Weltraum- und Satellitenmissionen besteht aus verschiedenen komplexen Softwaresystemen mit zahlreichen automatisierten und computergestützten Aufgaben. Das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum (GSOC) hat ein großes Interesse daran, neue Verfahren und Technologien zu entwickeln und einzusetzen. Darum geht es beim Quantum Space Operations Center (QSOC): Die Forschungsgruppe unterstützt die Einführung und Umsetzung von Quantentechnologie im Raumfahrtbetrieb. Zu den Schwerpunkten zählen Zu den Schwerpunkten zählen Algorithmus-Entwicklung, optimale Kontrolltheorie und Quantenkommunikation.
QUBE – Sichere Satellitenkommunikation mit Quantenschlüsseln
Das Ziel im Forschungsverbund „Quantenschlüsselverteilung mit CubeSat (QUBE)“ ist die Entwicklung von Hardware für eine weltweite, abhörsichere Kommunikation. Kleinstsatelliten, sogenannte CubeSats, bilden dabei die Plattform. Diese wird durch optische Kommunikationssysteme und Quantenquellen erweitert. Die Gesetze der Quantenmechanik stellen sicher, dass die Kommunikation nicht unbemerkt abgehört oder gespeichert werden kann. Das Exponat zeigt das Entwicklungsmodell (Engineering Model) eines Laserterminals für die Quantenkommunikation.
Optische Bank für die Quantenkommunikation
In der Initiative QuNET (Quantum Network) entwickeln Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Technologien für die quantenverschlüsselte Kommunikation mit Behörden. Das DLR bringt hier seine Expertise aus der satellitenbasierten Quantenkommunikation ein. Bei der Übertragung der Quantenzustände ist eine hohe Signalqualität wichtig. Deswegen müssen die Sendeoptik am Satelliten und die Empfangsoptik am Boden die Quantenzustände möglichst ungestört und extrem präzise verarbeiten. Die Forschenden präsentieren am DLR-Stand die optische Bank als Kernstück einer optischen Bodenstation inklusive adaptiver Optik zur Faserkopplung. Das bedeutet, dass unter anderem ein verformbarer Spiegel die Laserstrahlen korrigiert.
OGSOP – Optische Bodenstation Oberpfaffenhofen
Die OGSOP (Optical Ground Station Oberpfaffenhofen), eine experimentelle optische Bodenstation, befindet sich auf einem Dach des DLR am Standort Oberpfaffenhofen. Sie verfügt über ein Teleskop, an das verschiedene elektro-optische Systeme angebaut werden können. Mit dem aktuellen Aufbau erprobt das DLR verschiedene Einsatzmöglichkeiten von klassischer Laserkommunikation bis zur Übertragung von Quantenkommunikationssignalen. Diese stehen ebenfalls im Zusammenhang mit dem Projekt QuNET. Die OGSOP wurde im Oktober 2022 offiziell eröffnet. Das Exponat illustriert eine solche optische Bodenstation als Bodenempfangssystem für die Quantenkommunikation.
World of Quantum und automatica
Die World of Quantum ist eine noch junge Messe: Sie hatte ihre Premiere im Jahr 2022 im Rahmen der etablierten Laser World of Photonics. Nach Angaben der Messe München werden bei der zweiten World of Quantum vom 27. bis 30. Juni 2023 mehr als 85 Aussteller erwartet.
Gemeinsam mit der World of Quantum und der Laser World of Photonics findet die automatica in München statt. Die automatica gilt als die Leitmesse für intelligente Automation und Robotik. Seit 2004 veranstaltet die Messe München sie – mit Ausnahme der Corona-Pandemie – alle zwei Jahre auf dem Münchner Messegelände. 2023 findet sie, mit rund 700 internationalen Ausstellern, erstmals in jährlicher Wiederholung statt.