Robotica e automazione: un'analisi completa di applicazioni, tendenze ed effetti sociali

Il focus: robotica e automazione in Europa si concentrano

La robotica e l'automazione sono molto più di semplici parole chiave oggi: sono le forze trainanti dietro un profondo cambiamento negli affari, nella società e nella nostra vita quotidiana. Dal modo in cui vengono fabbricati i prodotti e i servizi vengono forniti ai nostri luoghi di lavoro e al modo in cui interagiamo tra loro, robotica e automazione riprogettano il nostro mondo a un ritmo rapido.

Questo rapporto completo illumina i concetti fondamentali, diverse aree di applicazione e effetti incrociati della robotica e dell'automazione, con particolare attenzione alla Germania e all'Europa. Aiuteremo le tecnologie chiave che spingono questa rivoluzione in avanti, come l'intelligenza artificiale (KI), i robot collaborativi (cobot), i sistemi autonomi e i robot umanoidi ed esaminano le opportunità e le sfide ad essi associate.

Esamineremo gli effetti su diversi settori, dalla logistica e dalla produzione alla costruzione e all'assistenza sanitaria all'istruzione, alla mobilità e all'agricoltura. Dopotutto, analizzeremo i vantaggi e gli svantaggi di queste tecnologie e faremo la domanda cruciale: come possiamo usare la robotica e l'automazione responsabilmente per modellare un futuro che ha sia economicamente successo che socialmente?

Adatto a:

• La robotica controllata dall'IA e i robot umanoidi: hype o realtà? Un'analisi critica della maturità del mercato

Robotica e automazione - Definizione e demarcazione

I termini robotica e automazione sono spesso usati in modo sinonimo, ma è importante comprendere le belle differenze tra loro al fine di cogliere appieno l'ambito dei loro effetti.

Concetti e principi fondamentali

Automazione

In sostanza, l'automazione si riferisce all'uso della tecnologia al fine di controllare e eseguire processi o procedure senza o con un intervento umano minimo. Questo può essere fatto attraverso sistemi meccanici, elettronici o assistiti da computer e mira a svolgere compiti parzialmente o completamente autonomi. L'obiettivo principale dell'automazione è migliorare l'efficienza, la coerenza e la sicurezza.

L'automazione non è affatto un nuovo concetto. Pensa ad assembly in fabbriche o macchine controllate dal computer che funzionano con precisione. Ma l'automazione moderna va ben oltre questi esempi tradizionali. Ora include anche l'automazione dei processi digitali attraverso software, come Robotic Process Automation (RPA), che automatizza le attività ripetitive in ufficio.

In Germania, gli organi di standardizzazione svolgono un ruolo cruciale nella definizione e nella standardizzazione dei metodi e dei processi di automazione per garantire che i sistemi funzionino in modo sicuro ed efficiente.

robotica

La robotica è una disciplina interdisciplinare in scienze e ingegneria, che si occupa della progettazione, della costruzione, del funzionamento e dell'uso di robot. Integra la conoscenza di meccanici, elettronica, informatica e matematica per creare macchine intelligenti in grado di svolgere compiti in modo autonomo.

Un robot è essenzialmente un sistema che può percepire l'ambiente circostante, prendere decisioni e svolgere azioni. I robot moderni usano i sensori per raccogliere informazioni sull'ambiente, gli attuatori per svolgere movimenti o azioni e sistemi di controllo complessi per prendere decisioni e coordinare le azioni.

L'International Federation of Robotics (IFR) distingue fondamentalmente tra robot industriali che vengono utilizzati principalmente nella produzione e robot di servizio che forniscono servizi per esseri umani o istituzioni.

robot

Un robot è un'unità fisica o virtuale che interagisce con il suo ambiente. I robot fisici usano i sensori per raccogliere informazioni sull'ambiente, gli attuatori per svolgere movimenti o azioni e sistemi per l'elaborazione delle informazioni che prendono decisioni e azioni di controllo. Puoi sostituire le persone in compiti fisici o quando prendi decisioni. I robot industriali sono progettati per l'uso in produzione, mentre i robot di servizio forniscono servizi per persone o istituzioni. Esistono diversi design come robot cartesiani, Scara, Delta, Knickarm o collaborativi che differiscono nelle loro articolazioni e agli assi di movimento. Oltre al braccio del robot stesso, un sistema robot funzionale richiede anche effettori finali (pinza, strumenti), controllo, sensori e misure di sicurezza.

Robotic Process Automation (RPA):

Contrariamente ai robot fisici, RPA sono applicazioni software che imitano le interazioni umane con le interfacce utente dei sistemi software. I robot RPA svolgono attività digitali regolari e ripetitivi come la compilazione di moduli, la copia di dati o l'elaborazione di informazioni da documenti strutturati. Lavorano tutto il giorno, perfettamente per compiti di routine e più economici degli operai umani per queste attività specifiche. RPA è quindi una forma di automazione dei processi nello spazio digitale.

Servizio

Questo campo include robot che forniscono servizi parziali o completamente autonomi al di fuori della produzione industriale, sia per il benessere umano che per le istituzioni. Viene fatta una distinzione tra robot di servizio professionale gestiti da personale addestrato (ad esempio robot di auto logistica come AMR, robot medici) e robot di servizio personali o domestici utilizzati dai layperson (ad esempio robot spolverato). Le aree di ricerca e sviluppo centrali sono la percezione, la navigazione, la manipolazione, l'interazione umana-robot (MRI) e la sicurezza.

Principi principali

Robotica e automazione si basano su una serie di principi fondamentali, tra cui:

• Percezione: la capacità di cogliere l'ambiente attraverso sensori come telecamere, lidar e sensori di resistenza.
• Navigazione: la capacità di muoversi e localizzare nell'area.
• Manipolazione: la capacità di interagire fisicamente con gli oggetti di Griffan o strumenti.
• Controllo e regolamentazione: la capacità di controllare movimenti e azioni.
• Sicurezza: la garanzia di un'operazione sicura, in particolare vicino alle persone.
• Autonomia: la capacità di svolgere compiti senza interventi umani.
• Intelligenza/cognizione: apprendere la capacità di prendere decisioni e adattarsi alle condizioni cambiate, spesso realizzate dall'intelligenza artificiale.

Relazione e sinergia tra robotica e automazione

La robotica e l'automazione sono strettamente connesse e si completano a vicenda. La robotica è spesso il mezzo per realizzare l'automazione nel mondo reale, specialmente quando si tratta di automatizzare le attività fisiche. L'automazione è il concetto generale che descrive l'uso della tecnologia per controllare i processi.

Un sistema di robot automatizzato integra vari componenti - il robot stesso, i sensori, i controlli, il software - per svolgere un'attività in modo indipendente. La sinergia è che la robotica fornisce la capacità fisica di agire (azione), mentre la tecnologia di automazione, che è sempre più basata su software, sistemi di controllo e AI, che fornisce intelligenza, coordinamento e controllo. RPA automatizza i processi di lavoro digitale, i robot fisici automatizzano i processi fisici; Entrambi rientrano nel termine generico dell'automazione.

Tuttavia, i confini tra i termini sono sempre più sfocati, soprattutto a causa dell'avanzamento dei sistemi definiti dall'intelligenza artificiale e dal software. La robotica moderna spesso include funzioni di automazione intrinsecamente sviluppate e viceversa, i sistemi di automazione avanzati spesso integrano elementi robotici, siano essi armi robot fisici, piattaforme mobili o bot di software. L'attenzione si sposta dalla forma pura (hardware vs. software) verso l'abilità: l'esecuzione autonoma delle attività. "Automazione intelligente" diventa quindi un argomento di livello più alto che viene realizzato da varie tecnologie.

Allo stesso tempo, il concetto di robotica si sta espandendo. Ciò riflette una visione funzionale che si basa sulla capacità di svolgere compiti autonomi, guidati dall'automazione sottostante e dalle tecnologie di intelligenza artificiale. Questa espansione concettuale richiede una definizione precisa nel rispettivo contesto (ad es. Automazione industriale vs. Servicerobotics vs. Automazione del processo).

Adatto a:

• I robot umanoidi, industriali e di servizio sui robot umanoidi di ripresa non sono più una fantascienza

Applicazioni ed effetti incrociati

La robotica e l'automazione non si limitano a un singolo settore, ma sono utilizzati in un numero crescente di settori. Tuttavia, le implementazioni e gli effetti specifici variano a seconda del settore.

la logistica

Ruolo e applicazioni generali

L'industria logistica, che costituisce circa il 10% del PIL globale, affronta la sfida di contrastare la carenza di lavoratori qualificati, aumentando l'efficienza e migliorando l'accuratezza nel deposito, nel trasporto e nella consegna. L'automazione è la chiave qui.

Le applicazioni tipiche includono il trasporto di materiali attraverso i sistemi di trasporto senza conducente (FTS/AGV) e i robot mobili autonomi (AMR), la raccolta (raccolta), l'imballaggio, l'ordinamento, il pallet e il depoling, nonché il carico e lo scarico di camion o pallet. Software come Warehouse Management Systems (WMS) e Transportation Management Systems (TMS) svolgono un ruolo centrale nel controllo e nell'ottimizzazione di questi processi.

Case Study Nespresso

Il produttore della capsula del caffè Nespresso utilizza soluzioni di automazione nel suo centro di distribuzione per elaborare gli ordini di e-commerce. I robot ritraggono le caffetterie, mentre altri robot assumono il becco e la confezione degli ordini dei clienti. Il sistema consente un throughput elevato e riduce significativamente il tasso di errore.

Nespresso investe inoltre anche in tecnologia, ad esempio per la trasparenza della catena di approvvigionamento utilizzando una blockchain o per migliorare l'app di servizio clienti. La produzione si svolge in lavori altamente automatizzati in cui considerevolmente investito.

Effetti

L'automazione nella logistica porta ad aumenti significativi di efficienza, precisione, produttività e scalabilità. Consente riduzioni dei costi, migliora la qualità dell'elaborazione degli ordini e aiuta a contrastare la carenza di lavoratori. Abilita tempi di consegna più rapidi, specialmente nel commercio elettronico.

L'automazione della logistica si sviluppa lontano da semplici sistemi di supporto e smistamento verso sistemi più intelligenti e flessibili. I robot mobili autonomi (AMRS) e i robot di raccolta supportati dall'intelligenza artificiale possono gestire meglio le elevate requisiti di variabilità e velocità del commercio di e-commerce e omnicanale. Oltre all'hardware avanzato, ciò richiede anche software altamente sviluppati come WMS e AI per l'orchestrazione. Questo sviluppo riflette una transizione verso sistemi integrati e intelligenti che gestiscono la complessità invece di eseguire solo semplici ripetizioni.

Nonostante i vantaggi, gli alti investimenti iniziali e la complessità dell'attuazione rimangono ostacoli, in particolare per le piccole e medie società (PMI). Ciò porta allo sviluppo di modelli di business alternativi come la robotica as-as-a-service (RAAS), in cui le aziende possono affittare capacità di automazione o pagare per l'utilizzo, il che riduce la barriera di ingresso.

Industria e produzione

Ruolo e applicazioni generali

L'industria e la produzione sono l'area centrale storica per l'uso della robotica. I robot stanno svolgendo compiti qui per le persone monotono, sporche, pericolose o ad alta preconce (la "4 D": noiosa, sporca, pericolosa, delicata/destro). Le principali applicazioni includono la movimentazione dei materiali, il montaggio, la saldatura, la pittura, la macinatura, la lucidatura, la fresatura, la piegatura della macchina e il controllo della qualità.

La robotica e l'automazione sono driver decisivi per produttività, qualità, efficienza, flessibilità e competitività nella produzione. Sono elementi centrali dell'industria 4.0 e consentono concetti come la "fabbrica intelligente".

Case Study Estonia

Il paese sta perseguendo una strategia ambiziosa per la trasformazione digitale del suo settore, supportata da programmi di supporto statale per l'introduzione di automazione, tecnologie digitali e robotica, compresa la formazione dei dipendenti. L'Estonia si posiziona come una "E-E-Estonia", un paese altamente digitalizzato, e vuole usare questa forza per rendere il suo settore più competitivo.

Case Study Endress+Hauser

Come fornitore globale di tecnologia di misurazione e automazione per l'industria di processo, Endress+Hauser stesso utilizza un'automazione intensa e la robotica nelle sue strutture di produzione. La produzione segue i principi Lean e Kaizen, utilizza le ultime tecnologie di produzione e i sistemi di calibrazione ad alta precisione per produrre in modo efficiente un'alta varietà di varianti.

Case Study China

La Cina ha effettuato una presa senza precedenti nell'automazione industriale e ha superato la Germania e gli Stati Uniti nella densità del robot. Questo è il risultato di enormi investimenti statali e sussidi, forte domanda interna e aumento dei costi salariali. La Cina è il più grande mercato mondiale per i robot industriali e installata oltre la metà di tutti i nuovi robot in tutto il mondo nel 2022. Il paese ora punta anche al ruolo di leadership nella produzione di massa da parte dei robot umanoidi entro il 2027.

Case Study Infineon

Il produttore di semiconduttori Infineon è sia un importante utente della robotica nelle sue fabbriche altamente automatizzate (FAB), nonché un importante fornitore di componenti chiave (sensori, elementi di costruzione di energia) per l'industria robotica.

Effetti

L'automazione nell'industria porta ad aumenti significativi di produttività, efficienza, qualità e sicurezza. Riduce i costi, riduce i tempi del comitato e del throughput e aumenta la flessibilità. Consente la produzione di prodotti complessi e può aiutare a contrastare la carenza di lavoratori qualificati. Inoltre, è visto come un mezzo per trasferire le capacità di produzione (reshor/Nearshoring) e garantire la competitività.

L'automazione in produzione si sviluppa oltre compiti semplici e ripetitivi. Spinto dall'intelligenza artificiale, sensori avanzati e requisiti di Industry 4.0 (produzione personalizzata, dimensione del lotto 1), la tendenza è verso i sistemi robot cognitivi e flessibili. Questi richiedono un livello più elevato di autonomia e adattabilità per poter reagire a varianti, tolleranze e eventi imprevisti.

Mentre le grandi aziende, specialmente nel settore automobilistico, hanno citato l'adattamento precoce, l'attenzione è sempre più in grado di rendere l'automazione accessibile ed economica per le società di piccole e medie dimensioni (PMI). Questo viene fatto attraverso concetti di programmazione più user-friendly (codice a basso contenuto di codice, insegnamento per dimostrazione), robot più economici (robotica a basso costo) e nuovi modelli di business come RAAS.

Costruzione

Ruolo e applicazioni generali

L'industria delle costruzioni, tradizionalmente affermata come conservativa e il lavoro, inizia sempre più ad adattare la robotica e l'automazione. I conducenti sono la mancanza di specialisti, la pressione per aumentare l'efficienza, i problemi di sicurezza e gli obiettivi di sostenibilità. Le applicazioni includono le pareti automatizzate, la saldatura, la perforazione, il trasporto di materiali e la manipolazione di carichi pesanti, robot di demolizione e riciclaggio, stampa 3D di componenti o interi edifici, ispezione e sorveglianza utilizzando droni o robot, macchinari di costruzione autonomi per la costruzione di terreni e la costruzione di strade, nonché esoscheletri per sostenere i lavoratori in attività fisiche difficili.

Case Study Wirtgen Group

La società offre un sistema integrato per la costruzione di strade che utilizza modelli di terreno digitale e automatizza il controllo delle macchine. Con posizionamento GNSS/RTK, profondità di fresatura, inclinazione, sterzo della finitura e la posizione del piano sono controllati con precisione e automaticamente. Per i conigli, Wirtgen offre un sistema basato su GPS/GNSS per la principale installazione wireless di profili di cemento.

Case di studio MOBA Mobile Automation

MOBA è specializzato in soluzioni di automazione per macchine da lavoro mobile in costruzione, come asfalto, escavatore, selezionatore e caricatore di ruote. Per la costruzione di strade, offrono sistemi di livellamento che possono regolare automaticamente l'altezza e l'inclinazione della bohle e lavorare con vari riferimenti. Nei lavori di terra, il portafoglio di controlli di escavatore e controlli per alunni e bruchi che aiutano il conducente a lavorare con precisione secondo il piano e ad aumentare significativamente l'efficienza.

Effetti

L'uso di robotica e automazione nella costruzione promette significativi vantaggi: maggiore efficienza, accelerazione dei processi di costruzione, maggiore precisione e qualità costante, miglioramento della sicurezza professionale assumendo attività pericolose, riducendo i costi (lavoro, materiale, rielaborazione), riduzione dei rifiuti dei materiali e un migliore utilizzo delle risorse. Puoi anche aiutare a contrastare la carenza di lavoratori qualificati e consentire nuovi e innovativi processi di costruzione come la stampa 3D.

L'automazione nella costruzione deve affrontare sfide speciali che differiscono da quelle in ambienti di fabbrica controllati. I cantieri di costruzione sono in genere condizioni ambientali non strutturate, dinamiche e approssimative. Ciò richiede che i sistemi robot abbiano una percezione particolarmente solida di ciò che li circonda, una navigazione affidabile in condizioni difficili e un'elevata adattabilità stessa e interazione con i lavoratori umani.

Nonostante il notevole potenziale per aumentare l'efficienza e ridurre i costi, gli elevati costi di acquisizione per i robot di costruzione specializzati e la necessità di personale qualificato per il funzionamento e la manutenzione rimangono ostacoli significativi per un ampio adattamento, in particolare per le società di costruzioni più piccole.

Sanità e cura

Ruolo e applicazioni generali

La robotica e l'automazione stanno diventando sempre più importanti nel settore della salute e delle cure per migliorare l'assistenza ai pazienti, rendere più precisamente gli interventi chirurgici, aumentare l'efficienza operativa, alleviare il personale e sostenere una vita indipendente in età avanzata o disabilità.

Lo spettro dell'applicazione è ampio: assistenza chirurgica, logistica e trasporto, pulizia e disinfezione, supporto per i pazienti e supporto alla mobilità, diagnostica, automazione della farmacia, robot sociali e di accompagnamento, nonché telepoti e monitoraggio remoto.

Esempio di fiera della cura geriatrica

Questa fiera mostra le tendenze attuali per il settore delle cure. Ciò include robot sociali per l'intrattenimento e l'eccitazione degli anziani, che servono robot, esoscheletri per il supporto a piedi, il sollevamento elettrico e l'AIDS a monte, nonché software basato sull'intelligenza artificiale per le attività amministrative.

Esempio Köpenick (Fondazione sociale)

La Köpenick Social Foundation ha introdotto il robot sociale "Willi" in un centro senior per promuovere la partecipazione sociale dei residenti. L'uso è accompagnato scientificamente per esaminare gli effetti sul benessere. A Berlino ci sono altre iniziative, come l'editor di startup con il robot "Oscar", che monitora i residenti nelle case di cura di notte, o la Caritas Clinic Dominikus, che utilizza un robot della colonna vertebrale per le operazioni di alta precisione.

Esempio di Lipsia (Progetto Avatar)

Varie iniziative di Lipsia usano robot di telepresenza che fungono da "deputati" per bambini a lungo termine e adolescenti che non possono prendere parte fisicamente alle lezioni di scuola. Tramite un tablet, i bambini possono controllare l'avatar in classe, seguire le lezioni, segnalare, parlare con i compagni di classe e persino praticamente prendere parte a gite scolastiche.

Effetti

La robotica in sanità consente operazioni precise e meno invasive con un recupero potenzialmente più rapido. Aumenta l'efficienza nelle attività logistiche, di pulizia e farmacia. Lo stress fisico per il personale può essere ridotto. I robot possono aiutare a attutire i colli di bottiglia del personale e aumentare la sicurezza dei pazienti. L'assistenza e i robot sociali possono promuovere l'indipendenza e la partecipazione sociale.

L'adattamento della robotica in salute e assistenza mostra una divisione di due: da un lato, ci sono sistemi chirurgici costosi altamente sviluppati che sono stabiliti in cliniche specializzate ma richiedono alti investimenti. D'altra parte, vengono creati sempre più robot di assistenza e servizio per logistica, supporto sociale o telepresenza. Tuttavia, questi affrontano sfide nell'integrazione in ambienti umani complessi, accettazione degli utenti e prova della loro efficienza in termini di costi e dei loro benefici effettivi.

Le considerazioni etiche di eccezionale importanza sono particolarmente importanti nel settore della salute e delle cure. Domande sulla sicurezza dei pazienti, la protezione dei dati, il rischio di perdita di vicinanza e empatia umana, nonché la garanzia che la tecnologia serva e sostituisca l'interazione umana non essenziale, lo sviluppo e l'implementazione devono essere attentamente presi in considerazione.

Formazione scolastica

Ruolo e applicazioni generali

La robotica viene utilizzata in due modi nel settore dell'istruzione: come sussidio didattico e come tecnologia di supporto. Come materiale didattico, serve a impartire studenti e studenti delle materie di menta (matematica, informatica, scienze naturali, tecnologia). Come tecnologia di supporto, i robot, in particolare gli avatar di telepresenza, gli studenti con malattie a lungo termine o disabilità, consentono la partecipazione alle lezioni e alla vita sociale della scuola da lontano. In futuro, i robot basati sull'intelligenza artificiale potrebbero anche essere usati come tutor personalizzati o compagni di apprendimento.

Esempio Hennigsdorf

I kit di robot LEGO sono usati qui in un seminario di computer o menta per consentire ai bambini e agli adolescenti di 10 anni di fare esperienza pratica con robotica e programmazione. Gli AG prendono parte a competizioni come il World Robot Olympiad (WRO).

Esempio di Lipsia (Progetto Avatar)

Come descritto nella sezione sanitaria/cure, le iniziative di Lipsia usano i robot teleprend per consentire ai pazienti a lungo termine di partecipare alla partecipazione virtuale alle lezioni e alla vita scolastica.

Effetti

La robotica nel campo dell'educazione può aumentare l'interesse per le materie di zecca e promuovere importanti competenze future (programmazione, pensiero critico, collaborazione). Migliora l'accessibilità dell'educazione per gli studenti che non possono essere fisicamente presenti. Pone anche potenziale per esperienze di apprendimento personalizzate e interattive.

La robotica nel contesto educativo svolge quindi una doppia funzione: da un lato, funge da oggetto di apprendimento per trasmettere conoscenze sulla tecnologia e sui principi della menta e per formare specialisti futuri. D'altra parte, funge da strumento per espandere e individuare i processi di apprendimento (avatar) o i processi di apprendimento (potenziali robot tutor).

Tuttavia, l'integrazione riuscita della robotica nella vita scolastica di tutti i giorni sembra spesso dipendere dal supporto esterno, sia attraverso sponsorizzazioni, programmi di supporto, competizioni o partnership con attori extra -curriculari. Ciò indica che i costi, la formazione degli insegnanti e l'ancoraggio curricolare continuano a rappresentare ostacoli e robotica non sono ancora uno standard completo nel sistema educativo.

mobilità

Ruolo e applicazioni generali

La robotica e l'automazione rivoluzionano il trasporto di persone e merci. Ciò include lo sviluppo di veicoli autonomi (automobili, camion), robot di consegna per l'ultimo miglio, piattaforme di robot mobili per vari compiti (ad esempio ispezione, pulizia nelle aree pubbliche) e aiuti di mobilità intelligenti per le persone con mobilità limitata. Gli obiettivi sono il miglioramento della sicurezza, dell'efficienza, del comfort e dell'accessibilità, nonché la creazione di nuovi servizi di mobilità come robotassi o trasporti pubblici automatizzati. Sono incluse anche applicazioni di nicchia come robot fuoristrada o di esplorazione.

Esempio Kawasaki

Il gruppo giapponese ha presentato concetti per robot a quattro gambe, incluso un robot da equitazione che può guidare su ruote su una superficie liscia e andare su quattro gambe su terreni accidentati.

Esempio di dinamica Hyundai/Boston

L'acquisizione della maggior parte delle dinamiche di Boston da parte del Hyundai Motor Group segna una connessione strategica tra un grande produttore di automobili e una delle principali società robotiche. Hyundai prevede di utilizzare le sue competenze manifatturiere per ridimensionare la produzione dei robot di Boston Dynamics e diventare uno dei principali produttori mondiali di robot mobili avanzati.

Effetti

La mobilità automatizzata promette una maggiore sicurezza del traffico, un migliore flusso di traffico, più comfort e produttività durante la guida (attraverso attività secondarie), nuove opzioni di mobilità per le persone senza patente e logistica più efficiente. Allo stesso tempo, ci sono rischi come un aumento del chilometri e il consumo di energia (effetti di rimbalzo), preoccupazioni per la protezione dei dati e la sicurezza informatica, nonché per le complesse questioni etiche (ad es. Per scenari di incidenti).

Il settore della mobilità è un ottimo esempio della convergenza della robotica, dell'IA e della costruzione tradizionale dei veicoli. Ciò porta allo sviluppo di categorie di prodotti completamente nuove (robotassi, robot di consegna) e alla trasformazione di esistenti (auto, camion), per cui i produttori di automobili diventano aziende tecnologiche e aziende tecnologiche entrano nel mercato della mobilità.

Mentre le autovetture completamente autonome per il traffico stradale generale devono ancora superare significativi ostacoli tecnici, regolamentari e sociali, l'automazione in ambienti più controllati (ad esempio AMRS in logistics) e per applicazioni specializzate (ad esempio aiuti di mobilità, concetti di nicchia) sono rapidamente progressi.

agricoltura

Ruolo e applicazioni generali

La robotica e l'automazione svolgono un ruolo crescente in agricoltura al fine di contrastare sfide come la mancanza di lavoratori, aumentare l'efficienza, aumentare la precisione e ridurre gli effetti ecologici. Questo sviluppo fa parte dei concetti di "agricoltura di precisione" (agricoltura di precisione) o "agricoltura intelligente".

Le applicazioni tipiche sono: trattori autonomi e robot sul campo, robot di raccolta, robot di piantagioni e pasti, robot di controllo delle infestanti, droni (UAV), robot di mungitura e robot di allevamento di animali.

Effetti

L'automazione in agricoltura porta a una maggiore efficienza e produttività, riduce la dipendenza dal lavoro manuale (spesso scarso e costoso) e riduce i costi del lavoro. I costi possono essere salvati e gli impatti ambientali negativi possono essere salvati mediante un uso più preciso delle risorse (acqua, fertilizzante, pesticida). La qualità e la resa dei raccolti possono essere migliorate e i robot possono essere utilizzati tutto il giorno.

L'adattamento dell'auto agricola è fortemente avanzato sia da fattori economici (aumento dei costi salariali, mancanza di manodopera, efficienza, pressione di efficienza), nonché aspetti di sostenibilità (conservazione delle risorse, riduzione dell'uso chimico).

Nonostante l'alto potenziale, ci sono ostacoli significativi per l'ampia introduzione di nercomotici agricoli. Ciò include gli elevati costi di acquisto, in particolare per le aziende più piccole, la necessità di un know-how tecnico per il funzionamento e la manutenzione, le sfide nell'integrazione nelle infrastrutture e sui processi giudiziari esistenti, nonché potenziali problemi con la connettività dei dati nelle aree rurali.

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Tendenze chiave tecnologiche

L'ulteriore sviluppo della robotica e dell'automazione è in gran parte modellato da diverse tendenze tecnologiche ad interblocco.

Integrazione dell'intelligenza artificiale (AI)

Descrizione

L'intelligenza artificiale trasforma i robot da macchine preprogrammate in adattamento e in grado di apprendere. L'intelligenza artificiale consente ai robot di percepire e comprendere l'ambiente circostante, di imparare dalle esperienze, di prendere decisioni in modo indipendente e di interagire in modo più naturale con le persone.

Forme di AI in robotica

AI analitico: grandi quantità di sensori in tempo reale per analisi, riconoscimento dei pattern, ottimizzazione delle sequenze di movimento e manutenzione predittiva (manutenzione predittiva).
KI generativo: aprire nuove opzioni di interazione, come i robot di programmazione usando il linguaggio naturale (anziché il codice). Abilita anche i robot in ambienti simulati.
AI fisico Ki ​​/ Embodied: descrive i sistemi di intelligenza artificiale che controllano un corpo fisico (robot) e interagiscono con il mondo reale.

Effetti

L'intelligenza artificiale rende i robot più autonomi, più flessibili e più facili da usare. Consente ai robot di agire in ambienti complessi e non strutturati e apre campi di applicazione completamente nuovi. KI dà un contributo significativo all'aumento dell'efficienza, della qualità e della sicurezza.

Adatto a:

• Dalla saldatura alla logistica: dove i cobot (robot collaborativi) diventeranno indispensabili nel 2025: carenza di manodopera e maggiore efficienza

Robot colborativo (Cobot)

Descrizione

I cobot sono una classe di robot che sono stati appositamente sviluppati per la recitazione nelle immediate vicinanze o in cooperazione diretta con i lavoratori umani in un'area di lavoro comune. Contrariamente ai robot industriali tradizionali, spesso non è necessario separare recinzioni.

Applicazioni

I cobot sono usati per una varietà di compiti in cui la flessibilità e il giudizio umani devono essere combinati con precisione e resistenza robotica. Ciò include assemblaggio, carico di macchine, imballaggi, palletrici, controllo di qualità, saldatura, incollaggio, avvitatura e movimentazione del materiale.

Mercato e tendenze

Il mercato di Cobot ha una forte crescita. Tendenze importanti sono l'aumento del carico e della velocità, l'integrazione su piattaforme mobili, la maggiore integrazione di AI e l'apprendimento automatico per una maggiore autonomia e capacità di apprendimento, miglioramento dell'interazione umana-robot e ulteriormente sviluppato concetti di sicurezza.

Effetti

I cobot consentono un aumento della produttività e dell'efficienza mantenendo la flessibilità nei processi di produzione. Migliorano la sicurezza professionale e l'ergonomia assumendo compiti pericolosi, stressanti o monotoni. Aiutano a soddisfare la carenza di lavoratori qualificati e abbassare l'ostacolo di ingresso per l'automazione, in particolare per le PMI. Consentono nuove forme di cooperazione diretta tra persone e robot.

Sistemi autonomi (compresa la navigazione, percezione)

Descrizione

I sistemi autonomi sono in grado di svolgere compiti e prendere decisioni senza controllo umano diretto. La loro autonomia si basa sulla capacità di percezione (percezione dell'ambiente e del proprio stato per mezzo di sensori), localizzazione (determinazione della posizione), mappatura (creazione di una rappresentazione ambientale) e pianificazione (ricerca del percorso, pianificazione del movimento, selezione dell'azione).

Percezione (percezione)

I sistemi autonomi utilizzano una varietà di sensori - telecamere, lidar, radar, ultrasuoni, unità di misurazione inerziale (IMU), GPS, sensori tattili - per raccogliere dati su ciò che li circonda. L'interpretazione di questi dati del sensore è un compito fondamentale in cui l'intelligenza artificiale e l'apprendimento automatico svolgono un ruolo sempre più importante.

navigazione

Se la capacità del sistema di determinare o utilizzare una mappa dell'ambiente (mappatura) e di pianificare e perseguire un percorso sicuro ed efficiente in un obiettivo, mentre gli ostacoli vengono evitati, per determinare o utilizzare la propria posizione.

Effetti

L'autonomia consente l'uso di robot in ambienti reali complessi oltre linee di produzione solide. È fondamentale per la logistica moderna, il settore dei trasporti, l'agricoltura, la costruzione e per le attività di ispezione, manutenzione ed esplorazione. Aumenta la flessibilità e l'efficienza delle operazioni.

Robot umanoidi

Descrizione

I robot umanoidi sono macchine modellate sul corpo umano nella loro forma esterna. Il loro design mira ad agire nelle persone progettate dagli umani e ad essere in grado di svolgere compiti simili a umani.

Applicazioni

I robot umanoidi sono attualmente principalmente in ricerca e sviluppo o in progetti pilota. I potenziali campi di applicazione sono diversi: industria e produzione, logistica e magazzini, assistenza sanitaria e cure, vendita al dettaglio e assistenza clienti, istruzione e ricerca, ambienti pericolosi e assistenza personale e famiglia.

Mercato e tendenze

I robot umanoidi stanno attualmente vivendo una grande attenzione da parte dei media e attirando considerevoli investimenti. Le tendenze tecnologiche si concentrano sul miglioramento della mobilità, delle capacità motorie e delle abilità, delle capacità cognitive da parte dell'IA, dell'interazione con robot umano e dell'efficienza energetica, nonché sulla riduzione dei costi di produzione.

Effetti

I robot umanoidi sono attribuiti a un grande potenziale per alleviare la grave carenza di lavoro in molti settori. Potresti assumere compiti che erano precedentemente difficili da automatizzare a causa della necessità di mobilità e destrezza simili a esseri umani. Allo stesso tempo, sollevano profonde questioni etiche e sociali.

Ulteriori tendenze emergenti

• Twin digitali: le immagini virtuali di robot fisici, celle o interi impianti di produzione vengono sempre più utilizzate.
• Integrazione e connettività IoT: la rete di robot tra loro e con sistemi generali tramite l'Internet of Things industriale (IIoT) è un elemento fondamentale dell'industria 4.0.
• Sostenibilità ed efficienza energetica: alla luce dell'aumento dei costi energetici e dei requisiti ecologici, l'efficienza energetica dei robot sta diventando sempre più importante.
• Easy Funzionamento / programmazione a basso codice / senza codice: per facilitare l'adattamento della robotica, specialmente nelle PMI, c'è una forte attenzione alla semplificazione della programmazione e del funzionamento.
• Robotics-as-a-service (RAAS): questo modello di business offre alle aziende l'accesso alla tecnologia robot in base al noleggio o all'utilizzo invece di dover effettuare alti investimenti iniziali.
• Manipolazione mobile (MOMAS): la combinazione di piattaforme di robot mobili (AMR) e armi robot (manipolatori) crea sistemi altamente flessibili che possono svolgere attività di gestione in diverse posizioni.

Xpert.Digital ha una conoscenza approfondita di vari settori. Questo ci consente di sviluppare strategie su misura che si adattano esattamente alle esigenze e alle sfide del vostro specifico segmento di mercato. Analizzando continuamente le tendenze del mercato e seguendo gli sviluppi del settore, possiamo agire con lungimiranza e offrire soluzioni innovative. Attraverso la combinazione di esperienza e conoscenza, generiamo valore aggiunto e diamo ai nostri clienti un vantaggio competitivo decisivo.

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Analisi dei vantaggi e delle sfide

L'ampia introduzione di robotica e automazione comporta sia vantaggi significativi sia sfide significative che devono essere attentamente valutate.

Vantaggi chiave

• Efficienza e aumento della produttività
• Qualità e coerenza migliorate
• Aumento della sicurezza e miglioramento dell'ergonomia
• Risparmi
• Maggiore flessibilità e scalabilità
• Sviluppo di nuove competenze
• Aumentare la competitività e la resilienza

Ostacoli e sfide essenziali

Nonostante gli innegabili vantaggi che offrono robotica e automazione, è essenziale riconoscere e affrontare gli ostacoli e le sfide associati. Le aziende possono impedire a queste sfide di sfruttare il pieno potenziale di queste tecnologie e richiedere un'attenta pianificazione e decisioni strategiche.

Costi di realizzazione elevati

L'investimento iniziale in robotica e automazione può essere significativo. Gli stessi robot, insieme ai dispositivi periferici richiesti, software, integrazione e adattamento, possono essere una notevole spesa in conto capitale. Inoltre, sono sostenuti costi in corso per manutenzione, riparazioni, aggiornamenti del software e la formazione del personale.

Per le aziende di piccole e medie dimensioni (PMI), questi costi possono essere un ostacolo insormontabile. Al fine di superare ciò, sono emersi modelli di finanziamento innovativi come la robotica AS-A-A-Service (RAAS) che consentono alle aziende di affittare o noleggiare soluzioni robot e quindi ridurre il carico iniziale di capitale.

Cause relative al turno di lavoro

Una delle maggiori preoccupazioni sociali in relazione alla robotica e all'automazione è il potenziale spostamento dei lavori. Poiché i robot e i sistemi automatizzati sono sempre più in grado di svolgere compiti che finora sono stati svolti dagli umani, c'è la paura che molti lavori andranno persi.

Tuttavia, è importante sfruttare questa preoccupazione. Mentre alcuni luoghi di lavoro andranno persi a causa dell'automazione, saranno creati anche nuovi lavori in settori come la progettazione, la programmazione, la manutenzione e l'integrazione della robotica. Inoltre, l'automazione può razionalizzare le attività e aumentare la produttività in modo che i dipendenti possano concentrarsi su attività più aggiunte.

La sfida è quella di formare e formare i lavoratori per prepararli per i nuovi lavori che derivano dall'automazione. I governi, le istituzioni educative e le aziende devono lavorare insieme per sviluppare programmi che offrano alle persone le competenze di cui hanno bisogno per avere successo nel mercato del lavoro automatizzato.

Domande etiche

La robotica e l'automazione sollevano una serie di domande etiche che devono essere attentamente controllate. Ciò include domande di privacy, sicurezza dei dati, pregiudizi algoritmici e responsabilità.

Ad esempio, l'uso di robot nel sistema sanitario può sollevare preoccupazioni sulla protezione dei dati dei pazienti e sulla possibilità che gli algoritmi portino a raccomandazioni terapeutiche ingiuste o discriminatorie. Allo stesso modo, l'uso di armi autonome in guerra può sollevare dilemma etico in termini di responsabilità per le decisioni sulla vita e sulla morte.

È importante sviluppare condizioni e linee guida del quadro etico che dirigono lo sviluppo e l'uso di robotica e automazione. Queste condizioni del framework dovrebbero garantire che queste tecnologie siano utilizzate in un modo che corrisponda ai valori umani, protegga la privacy e i diritti e promuovono la responsabilità.

Rischi per la sicurezza

I robot e i sistemi automatizzati possono montare i rischi per la sicurezza, soprattutto se vengono utilizzati vicino alle persone. Errori del robot, errori del software o attacchi informatici possono portare a incidenti, infortuni o danni.

Al fine di ridurre questi rischi, è essenziale sviluppare e attuare rigorosi standard e protocolli di sicurezza. Ciò include la costruzione di robot sicuri, l'implementazione di solidi meccanismi di sicurezza e la formazione dei dipendenti nella gestione sicura dei sistemi di robot. Le misure di sicurezza informatica sono anche essenziali per proteggere i robot dall'accesso e dalla manipolazione non autorizzati.

Complessità tecnologica

L'implementazione e la manutenzione dei sistemi di robotica e automazione possono essere complessi e esigenti. Richiede un alto grado di competenza tecnica che potrebbe non essere disponibile in tutte le aziende.

Questa complessità può portare a ritardi, costi di pericolo e problemi di prestazione. Al fine di padroneggiare questa sfida, le aziende possono stipulare partenariati con integratori di robotica, società di consulenza o istituti di formazione al fine di ottenere l'accesso alle conoscenze specialistiche necessarie. Lo sviluppo di sistemi di robotica più intuitivi e più intuitivi può anche aiutare a ridurre la complessità tecnologica.

Mancanza di flessibilità

Mentre i moderni sistemi di robot sono diventati più flessibili, puoi comunque avere restrizioni sulla tua capacità di adattarti a cambiamenti imprevisti o situazioni inaspettate. I robot sono generalmente progettati per svolgere determinati compiti in un ambiente strutturato. Se si incontrano ostacoli o variazioni inaspettate, potresti avere difficoltà a reagire.

Al fine di superare questa restrizione, l'IA è sempre più integrata nei sistemi di robotica al fine di dare loro la possibilità di apprendere, adattarsi e prendere decisioni in tempo reale. Il robot controllato dall'intelligenza artificiale può analizzare i dati dei sensori, identificare i modelli e adattare le loro azioni di conseguenza, il che aumenta la loro flessibilità e adattabilità.

Problemi di regolamentazione e conformità

L'industria robotica e di automazione è soggetta a un numero crescente di regolamenti e requisiti di conformità. Questi regolamenti dovrebbero garantire la sicurezza, la sicurezza dei dati, la protezione della privacy e le considerazioni etiche.

Il rispetto di questi regolamenti può essere complesso e costoso per le aziende. È importante rimanere aggiornati con le ultime normative e garantire che i sistemi di robotica e automazione siano progettati e gestiti in modo tale da soddisfare questi requisiti.

Adatto a:

• Robot mobile autonomo (AMR): sviluppo commerciale globale in Germania, Europa, Asia, USA e Sud America

Robotica e automazione in Germania e in Europa

La Germania e l'Europa sono in cima all'industria della robotica e dell'automazione, dovuta a una base forte nelle aree di ingegneria, produzione e ricerca. La regione ha un'alta densità di robot, cioè il numero di robot per 10.000 dipendenti, in particolare nel settore automobilistico.

Paesi europei come Germania, Svezia e Danimarca sono pionieri nello sviluppo e nell'uso di tecnologie avanzate di robotica e automazione. Hanno un forte ecosistema di società di robotica, istituti di ricerca e iniziative statali che guidano l'innovazione e la crescita.

La Commissione europea ha lanciato diverse iniziative per sostenere l'industria della robotica e dell'automazione in Europa. Ciò include il finanziamento di progetti di ricerca, promuovendo la cooperazione tra scienza e industria, nonché lo sviluppo di standard e regolamenti che promuovono l'innovazione e la competitività.

Con la sua strategia "Industry 4.0", la Germania persegue un approccio particolarmente ambizioso. Questa iniziativa mira a trasformare l'industria della produzione tedesca attraverso l'integrazione di tecnologie come robotica, automazione, intelligenza artificiale e Internet delle cose.

Tuttavia, anche l'Unione europea deve affrontare sfide. Ciò include la necessità di aumentare gli investimenti in ricerca e sviluppo, sviluppare lavoratori qualificati e promuovere l'introduzione di robotica e automazione in società di piccole e medie dimensioni (PMI). Inoltre, vi è una crescente necessità di affrontare questioni etiche e sociali relative alla robotica e all'automazione per garantire che queste tecnologie siano utilizzate in modo responsabile e in conformità con i valori europei.

La competizione globale

L'industria robotica e di automazione è altamente competitiva, per cui le aziende di tutto il mondo stanno combattendo per le quote di mercato e il dominio tecnologico. Gli Stati Uniti, il Giappone, la Cina, la Corea del Sud e Taiwan sono tra gli attori più importanti del mercato globale.

Gli Stati Uniti hanno un forte settore robotico guidato da innovazioni in settori come AI, software e robotica. Aziende come Boston Dynamics, Google e Amazon investono fortemente nella ricerca e nello sviluppo della robotica.

Il Giappone è un centro di potere robotico globale con una lunga storia nello sviluppo e nella produzione di robotica. Aziende giapponesi come Fanuc, Yaskawawa e Kawasaki sono leader sul mercato dei robot industriali.

La Cina si è sviluppata in un attore importante nel settore della robotica e dell'automazione negli ultimi anni. Il governo cinese sta investendo fortemente nella ricerca e nello sviluppo della robotica e mira a rendere la Cina il principale centro di robotica mondiale.

La Corea del Sud e Taiwan sono anche attori importanti nel mercato della robotica, con una forte concentrazione sull'automazione della produzione e lo sviluppo di robot di servizio.

La concorrenza globale nel settore della robotica e dell'automazione sta guidando l'innovazione e la crescita. Le aziende investono fortemente nella ricerca e nello sviluppo per sviluppare nuove tecnologie e migliorare le prestazioni e le competenze dei loro robot. Ciò porta a progressi più rapidi nell'area della robotica e dell'automazione e rende queste tecnologie più accessibili e convenienti per aziende e privati.

Come l'IA e l'automazione possono rendere il nostro futuro sostenibile

Il futuro della robotica e dell'automazione è promettente di cambiare il potenziale per cambiare le industrie, aumentare la produttività e migliorare la nostra vita. Si prevede che diverse tendenze importanti modelleranno il futuro della robotica e dell'automazione:

Integrazione più profonda dell'IA

L'intelligenza artificiale svolgerà un ruolo sempre più importante nella robotica e nell'automazione dando ai robot la capacità di apprendere, adattarsi e prendere decisioni in tempo reale. I robot controllati dall'intelligenza artificiale saranno in grado di svolgere compiti complessi in ambienti non strutturati, lavorare con le persone e imparare dalle esperienze.

Aumento dei sistemi autonomi

I sistemi autonomi vengono sempre più utilizzati perché i robot sono in grado di funzionare senza intervento umano. Ciò porterà ad un maggiore uso di robot in settori quali trasporti, logistica, agricoltura e assistenza sanitaria.

Applicazione più ampia in nuove aree

La robotica e l'automazione si espanderanno in nuove aree come assistenza sanitaria, costruzione, agricoltura e servizi oltre le aree di produzione e logistica tradizionali. Ciò creerà nuove opportunità di innovazione e crescita.

Concentrarsi sulla sostenibilità

La sostenibilità sta diventando sempre più importante nel settore della robotica e dell'automazione. Le aziende si concentreranno sempre più sullo sviluppo di robot efficienti dal punto di vista energetico e sull'introduzione di pratiche di produzione sostenibili.

Considerazioni etiche e sociali

Le considerazioni etiche e sociali svolgeranno un ruolo sempre più importante nel settore della robotica e dell'automazione. È importante sviluppare condizioni e linee guida del quadro etico che guidano lo sviluppo e l'uso di robotica e automazione per garantire che queste tecnologie siano utilizzate in modo da abbinare i valori umani, proteggono la privacy e i diritti e promuove la responsabilità.

Perché l'innovazione responsabile nella robotica è decisiva

La robotica e l'automazione sono tecnologie trasformative che hanno il potenziale per cambiare le industrie, aumentare la produttività e migliorare le nostre vite. Tuttavia, offrono anche sfide considerevoli, come preoccupazioni per il trasferimento del luogo di lavoro, delle questioni etiche e dei rischi per la sicurezza.

Al fine di sfruttare il pieno potenziale della robotica e dell'automazione, è essenziale affrontare in modo proattivo queste sfide. Ciò richiede la cooperazione tra governi, aziende, istituti di ricerca e istituti educativi al fine di sviluppare linee guida, investire in istruzione e formazione e creare condizioni del quadro etico.

Attraverso l'uso responsabile della robotica e dell'automazione, possiamo modellare un futuro sia economicamente di successo che socialmente giusto. Possiamo usare queste tecnologie per creare nuovi posti di lavoro, aumentare la produttività, migliorare la qualità della vita e far fronte alle sfide più urgenti della nostra società. Il viaggio nel futuro della robotica e dell'automazione richiede una visione chiara, un modo strategico di pensare e un obbligo irremovibile di essere innovazione responsabile. Questo è l'unico modo per rilasciare il pieno potenziale di queste tecnologie trasformative e fare un futuro migliore per tutti.

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