Damit sieht man zwar nicht aus wie Iron Man, aber mit dem Guardian XO kann man 200 Pfund heben, ohne ins Schwitzen zu kommen

Vor einem Jahr versprach Sarcos Robotics für den Sonderbericht von IEEE Spectrum über die Top-Technologien für 2019, dass sie bis zum Ende des Jahres ein motorisiertes Exoskelett auf den Markt bringen würden, das die Zukunft der industriellen Arbeit sein würde. Und Ende letzten Monats lud Sarcos uns nach Salt Lake City, Utah, ein, um zu sehen, wie diese Zukunft aussieht.

Sarcos entwickelt seit Jahrzehnten motorisierte Exoskelette und die Robotertechnologien, die sie ermöglichen, und in der Lobby des Firmensitzes ruhen Konzepte und Hardware-Prototypen, die im Laufe der Zeit aufgegeben wurden. Aber jetzt ist Sarcos bereit, den Prototyp des Guardian XO zu enthüllen, eines Exoskeletts, das die Kraft vervielfacht und bald ausgeliefert wird.

Am Ende unserer einführenden Besprechung ist der CEO von Sarcos, Ben Wolff, sichtlich erfreut, zeigen zu können, woran sie in ihrem Labor gearbeitet haben. „Wenn Sie die Frage stellen würden, wie 30 Jahre und 300 Millionen Dollar aussehen“, sagt Wolff, „dann werden Sie es unten sehen.“

Das sehen wir unten:

Wie der Guardian XO funktioniert

Der Guardian XO von Sarcos ist ein robotisches Ganzkörper-Exoskelett mit 24 Freiheitsgraden. Während er es trägt, kann ein Mensch 90 Kilogramm (200 Pfund) heben und hat dabei das Gefühl, nur 4,5 kg (10 lbs) zu heben. Der Guardian XO ist vollelektrisch und ungebunden mit einer Laufzeit von 2 Stunden, und die im laufenden Betrieb austauschbaren Akkupacks können ihn einen ganzen Arbeitstag lang betreiben. Das An- und Ablegen dauert nur wenige Sekunden, und laut Sarcos können neue Benutzer in wenigen Minuten in die Bedienung des Systems eingewiesen werden. Die Miete für einen Guardian XO kostet 100.000 Dollar pro Jahr, und das Unternehmen wird im Januar die erste Charge von Alpha-Einheiten an Kunden (darunter sowohl die Schwerindustrie als auch das US-Militär) ausliefern.

In praktischer Hinsicht ist der Guardian XO ein humanoider Roboter, der einen echten Menschen als Kommando- und Kontrollsystem verwendet. Da sich Unternehmen aller Art um Effizienzsteigerung durch Automatisierung bemühen, glaubt Sarcos, dass die effektivste Lösung eine direkte Kombination von Mensch und Maschine ist, die die Intelligenz und das Urteilsvermögen von Menschen mit der Kraft und Ausdauer von Robotern verbindet. (Zu den Investoren des Unternehmens gehören Caterpillar, GE Ventures, Microsoft und Schlumberger.)

Das erste, was man über den Guardian XO wissen muss, ist, dass er wie ein humanoider Roboter selbsttragend ist. Da er seine eigenen Beine und Füße hat, werden die 150 Pfund Gewicht des Anzugs (und alles, was er trägt) nicht auf den Benutzer, sondern direkt auf den Boden übertragen. Man schnallt nicht den Roboter an sich, sondern sich selbst an den Roboter – ein Vorgang, der weniger als eine Minute dauert. Auch wenn das System schwer und sperrig aussieht (und es ist definitiv beides), so ist das Gewicht des Systems doch nicht etwas, das der Benutzer direkt spürt. Wie das funktioniert, können Sie im folgenden Video sehen, in dem Fletcher Garrison, der Bediener des Guardian XO, beim Heben aller möglichen Nutzlasten zusieht.

Hands On With the Guardian XO

Als Sarcos uns fragte, ob wir nach Salt Lake City kommen wollten, um den XO auszuprobieren, sagten wir sofort zu (zur Info: Sarcos übernahm unsere Kosten für die Teilnahme an einer Medienveranstaltung im letzten Monat). Aber wir waren enttäuscht, als wir am Ende nur eine einarmige Version des Exoskeletts ausprobieren durften. Ich bot sogar an, zusätzliche Verzichtserklärungen zu unterschreiben, aber leider ließ mich das Unternehmen nicht in den vollständigen Anzug. Meine Erfahrungen mit dem Exo waren also ziemlich begrenzt – ich durfte buchstäblich einen einzigen XO-Arm ausprobieren.

Es war trotzdem ein erstaunliches Gefühl. Der von mir getestete Arm, der laut Sarcos das gleiche Steuerungssystem wie der Ganzkörperanzug verwendet, war unglaublich einfach zu bedienen. Was die Steuerung angeht, so versucht der Exo nur, den Gliedmaßen aus dem Weg zu gehen: Er nutzt Kraftsensoren, um jede Ihrer Bewegungen zu erkennen, und bewegt dann seine eigenen Gliedmaßen parallel dazu, um Ihren Körper reibungslos mit seiner eigenen Hardware abzustimmen. Wenn Sie einen Schritt machen, macht er einen Schritt mit Ihnen. Wenn Sie Ihren Arm hin- und herschwingen, schwingt er seinen Arm auf die gleiche Weise hin- und her, direkt neben dem Ihren. Es gibt keine erkennbare Verzögerung bei diesem Prozess, und er ist so intuitiv, dass Sarcos sagt, dass die meisten Menschen nur ein oder zwei Minuten brauchen, um sich mit dem System vertraut zu machen, und nur ein oder zwei Stunden, um sich bei der Arbeit darin wohl zu fühlen.

Der Guardian XO kann die Kraft des Benutzers so weit verstärken, dass sich eine Last von 200 Pfund anfühlt, als würde sie null Pfund wiegen. Normalerweise funktioniert das Exoskelett jedoch nicht so, denn es kann unangenehm sein, etwas Schweres zu heben, ohne das Gefühl zu haben, überhaupt etwas zu heben. Es ist besser, das Exoskelett als ein Werkzeug zu betrachten, das dich stärker macht, als ein Werkzeug, das Objekte schwerelos macht, zumal du immer noch mit der Trägheit zu kämpfen hast. Denken Sie daran: Auch wenn ein Gegenstand kein offensichtliches Gewicht hat (entweder weil Sie sich im Weltraum befinden oder weil Sie ihn mit einem angetriebenen Exoskelett halten), hat er immer noch eine Masse, der Sie sich bewusst sein müssen, wenn Sie versuchen, ihn zu bewegen oder seine Bewegung zu stoppen. Der Grad der Unterstützung, die das Exo bietet, lässt sich leicht einstellen; es hat ein grafisches Bedienfeld am linken Handgelenk.

Wie sicher ist das Exoskelett?

Bei einem so leistungsstarken Robotersystem (XO hat ein Spitzendrehmoment von etwa 4000 inch-pounds oder 450 newton-meters) hat Sarcos der Sicherheit höchste Priorität eingeräumt. Um beispielsweise die Arme des Exo zu bewegen, müssen die Hände die Auslöser gedrückt halten. Wenn Sie die Auslöser loslassen (aus welchem Grund auch immer), bleiben die Arme an ihrem Platz, was den zusätzlichen Vorteil hat, dass der Exo Dinge für Sie hochhalten kann, während Sie z. B. Ihr Telefon überprüfen. Alle Gelenke sind geschwindigkeitsbegrenzt, was bedeutet, dass man mit dem Exo keine Schläge austeilen kann – das wurde mir während der Demo gesagt, also habe ich es natürlich ausprobiert, und die Gelenke haben sich selbst blockiert, sobald ich ihre Sicherheitsschwelle überschritten habe. Wenn das System aus irgendeinem Grund die Leistung verliert, fließt der Strom durch die Motoren zurück, so dass sie allmählich und nicht abrupt herunterfahren. Außerdem sind die Gelenke so konstruiert, dass sie den menschlichen Bewegungsradius nicht überschreiten, d. h. das Exoskelett kann sich nicht so verbiegen oder verdrehen, dass man sich verletzen könnte. Interessanterweise sind die Gelenkgeschwindigkeiten des Guardian XO schnell genug, um zu laufen, obwohl auch das aus Sicherheitsgründen eingeschränkt wurde.

Wir haben gefragt, ob das Risiko eines Sturzes groß ist, aber es hat sich herausgestellt, dass ein Mensch in der Schleife für die Steuerung dieses Problem viel einfacher macht. Sarcos musste den Guardian XO nicht so programmieren, dass er sich selbst ausbalanciert, denn der Mensch im Inneren macht das ganz von allein. Wenn jemand versucht, Sie umzustoßen, während Sie sich im Exoskelett befinden, ist das nicht anders, als wenn jemand versucht, Sie umzustoßen, während Sie sich außerhalb des Exoskeletts befinden, da Sie in beiden Fällen Ihr Gleichgewicht halten. Sollte man doch einmal umfallen, behauptet Sarcos, dass das Exoskelett wie ein Überrollkäfig konstruiert ist, so dass die Chancen gut stehen, dass es einem gut geht, obwohl nicht klar ist, wie leicht man hinterher wieder aus dem Exoskelett herauskommt (oder es von sich herunterbekommt).

Ein größeres Problem ist die Frage, wie der XO in der Nähe anderer Menschen funktionieren wird. Während seine Masse und sein Volumen für den Benutzer keinen großen Unterschied machen, könnte die Zusammenarbeit ein Problem darstellen, ebenso wie die Arbeit in kleinen Räumen oder in der Nähe von zerbrechlichen Gegenständen. Der Anzug verfügt über eine Kraftrückkopplung, so dass man spürt, wenn man etwas berührt, aber dann könnte es schon zu spät sein, um einen Unfall zu verhindern.

Energieeffizienz und Zuverlässigkeit

Effizienz scheint für ein Exoskelett wie dieses keine große Sache zu sein, aber was Sarcos erreicht hat, ist sehr beeindruckend. Der Guardian XO verbraucht im Vollbetrieb etwa 500 Watt, d. h. wenn er 160 Pfund trägt und mit einer Geschwindigkeit von 3 km/h läuft. Zum Vergleich: Der DURUS-Roboter von SRI, der speziell auf Effizienz getrimmt wurde (und wesentlich kleiner und leichter ist als der Guardian XO), verbrauchte beim Gehen 350 Watt. „Das ist wirklich eine unserer wichtigsten Innovationen“, sagt Chris Beaufait, COO von Sarcos. „Es gibt nicht viele Roboter auf der Welt, die so effizient sind wie wir“. Diese Innovationen kommen in Form von Energierückgewinnungsmechanismen, einer Verringerung der Anzahl der einzelnen Computer an Bord und einer möglichst engen Integration aller Komponenten. Mit zwei 500-Wattstunden-Batteriepaketen (12 Pfund) kann das Exoskelett bei normalem Gebrauch mehr als zwei Stunden lang betrieben werden, und Sarcos geht davon aus, dass die Effizienz bis Januar von 500 Watt auf 425 Watt oder mehr gesteigert werden kann.

Da es sich beim Guardian XO um ein kommerzielles Produkt handelt, muss es zuverlässig genug sein, um ein praktisches Werkzeug zu sein, das kostengünstig zu verwenden ist. „Der Unterschied zwischen einer F&D-Firma, die ein Konzept beweisen kann, und einem kommerziell nutzbaren Produkt, das robust ist, erfordert ganz andere Fähigkeiten und Denkweisen“, sagte Wolff, der CEO, uns. „Das war eine Herausforderung. Ich glaube, das ist die größte Herausforderung für Robotikunternehmen, und wir haben viel Blut, Schweiß und Tränen in diese Aufgabe gesteckt.“

Wolff sagt, dass künftige XO-Versionen (nicht das Alphamodell, das im Januar auf den Markt kommen wird) in der Lage sein werden, im Freien über schwieriges Gelände, durch einen Meter tiefen Schlamm und bei Regen oder Schnee zu laufen. Er wird auch in der Lage sein, Treppen hinauf- und hinunterzusteigen, obwohl man derzeit noch daran arbeitet, dies sicher zu gestalten. Wolff geht davon aus, dass für die Kunden des Exo nicht viel laufende Wartung oder Instandhaltung erforderlich sein wird. Wir sind uns nicht sicher, ob wir die Zuversicht von Sarcos teilen – dies ist ein komplexes System, das von Nicht-Ingenieuren in halb- und unstrukturierten Umgebungen eingesetzt wird. Es können viele unerwartete Szenarien eintreten, und solange das nicht der Fall ist, werden wir nicht mit Sicherheit wissen, wie gut der Guardian XO im realen Einsatz bestehen wird.

Guardian XO Anwendungen

Der Guardian XO wurde für einige spezifische (aber auch sehr häufige) Arten von Tätigkeiten entwickelt, bei denen Menschen wiederholt schwere Gegenstände heben müssen. Diese Arbeiten sind in der Regel nicht automatisierbar, oder zumindest nicht in einer Weise, die kosteneffektiv ist – die Fähigkeiten eines Menschen sind erforderlich. Diese Arbeiten sind außerdem sehr arbeitsintensiv, was sowohl kurz- als auch langfristig zu Problemen für die menschlichen Arbeitnehmer führt. Kurzfristige, akute Verletzungen (z. B. Rückenverletzungen) führen zu Produktivitätsverlusten. Langfristig führen diese Verletzungen zu schwerwiegenden medizinischen Problemen für die Arbeiter, von denen viele nur noch fünf bis acht Jahre arbeiten können, bevor ihr Körper dauerhaft geschädigt wird.

Wolff glaubt, dass hier eine Chance für motorisierte Exoskelette liegt. Wenn der Guardian XO die Aufgaben übernimmt, die den Körper eines Arbeiters belasten, kann der Mensch länger arbeiten, ohne sich zu verletzen. Und sie können diese Arbeit auch im Alter weiter ausüben, da das Exoskelett Aufgaben übernimmt, bei denen es früher auf Kraft ankam, und sie stattdessen mit Geschick und Erfahrung ausführt.

Die traurige Tatsache ist natürlich, dass all diese Dinge über die Gesundheit der Arbeitnehmer nicht von Bedeutung wären, wenn die Unternehmen nicht davon überzeugt werden könnten, dass Exoskelette ihnen auch Geld sparen könnten. Zum Glück für die Arbeitnehmer ist das ein leicht zu überzeugendes Argument. Da der Guardian XO 200 Pfund heben kann, sagt Wolff, dass er die Produktivität seines Benutzers um bis zu einer Größenordnung verbessern kann: „Insgesamt haben wir in den von uns untersuchten Anwendungsfällen eine Produktivitätssteigerung zwischen dem Vier- und Zehnfachen festgestellt. Das bedeutet, dass ein Arbeiter mit einem Exoskelett die Arbeit von 4 bis 10 Angestellten erledigen kann, ohne dass sein Körper belastet wird.“

Am 4-fachen Ende der Skala geht es nur darum, dass man mehr und länger heben kann. Die OSHA empfiehlt eine maximale Traglast von 51 Pfund für eine Person, eine Zahl, die nach unten korrigiert wird, wenn das Objekt wiederholt gehoben, lange gehalten oder bewegt werden muss. Mit dem Guardian XO kann ein Arbeiter stundenlang das Vierfache heben, während er mit bis zu 3 km/h läuft. Am 10-fachen Ende der Skala sind die Dinge etwas komplizierter, aber Sie können sich vorstellen, dass ein einzelnes 200-Pfund-Objekt einen Brückenkran und mehrere Personen erfordert, um es zu handhaben. Es geht nicht nur um die zusätzlichen Personen, sondern auch um den zusätzlichen Zeit- und Infrastrukturaufwand, wenn ein einzelner Arbeiter in einem Guardian XO das gleiche Objekt einfach aufheben und selbst bewegen könnte.

Die offensichtliche Frage an dieser Stelle ist, ob die Einführung motorisierter Exoskelette Menschen arbeitslos machen wird. Wolff besteht darauf, dass dies nicht die Realität der Branche ist, da das eigentliche Problem darin besteht, qualifizierte Arbeitskräfte zu finden, die überhaupt eingestellt werden können. „Keiner unserer Kunden spricht davon, Leute zu entlassen“, sagt Wolff. „Sie sprechen alle davon, dass sie einfach nicht in der Lage sind, genügend Produkte oder Dienstleistungen zu produzieren, um ihre Kunden zufrieden zu stellen.“ Das sollte auch die Arbeitnehmer zufrieden stellen. Wolff erzählt uns, dass die Arbeiter, die den Guardian XO ausprobiert haben, „enthusiastisch reagiert“ haben. Ihre einzige Sorge ist, ob das Exoskelett an Menschen unterschiedlicher Größe und Form angepasst werden kann. Während die ersten Einheiten für Menschen mit einer Körpergröße von 1,70 bis 1,80 m einstellbar sind, verspricht Sarcos, dass sie bis zum nächsten Jahr so einstellbar sein werden, dass sie 90 Prozent der amerikanischen Arbeiterschaft abdecken.

Kosten und Verfügbarkeit

„Wir hätten dieses Produkt vor drei Jahren nicht wirtschaftlich machen können“, sagt Wolff. „Die Größe, die Leistung, das Gewicht und die Kosten aller Komponenten, die wir verwenden – all das ist jetzt an einem Punkt angelangt, an dem es kommerziell machbar ist.“ Für Sarcos und die Unternehmen, mit denen das Unternehmen zusammenarbeitet, bedeutet das, dass jedes Exoskelett etwa 100.000 Dollar pro Jahr kostet. Die Alpha-Einheiten gehen an Unternehmen, die sich mindestens 10 Stück auf einmal leisten können, und Sarcos schickt zu jeder Charge einen speziellen Ingenieur. Der Guardian XO wird als Dienstleistung und nicht als Produkt verkauft – zumindest im Moment ist er eher ein Mietgerät mit speziellem Kundensupport. „Das Ziel ist es, dass es einfach zu handhaben und zu benutzen ist“, sagt Wolff und fügt hinzu, dass Sarcos erwartet, in den nächsten Monaten viel zu lernen, sobald die Exoskelette zum Einsatz kommen. Kommerzielle Versionen sollen später im Jahr 2020 auf den Markt kommen.

Ich wollte Wolff unbedingt fragen, wann ich bei meinem nächsten Umzug eines dieser Dinger in meinem örtlichen Baumarkt ausleihen kann, aber enttäuschend ist, dass er das in nächster Zeit nicht für möglich hält. Sarcos muss noch viel darüber lernen, wie man aus Exoskeletten ein Geschäft macht, und sie wollen die Erwartungen lieber realistisch halten, als jemandem einen Iron-Man-Anzug zu versprechen. Für mich ist es allerdings zu spät – ich habe gesehen, was der Guardian XO leisten kann. Und ich will einen.