Mensch und Maschine

Roboter auf dem Vormarsch

| Autor / Redakteur: Greig Cameron, RS Components / Silvano Böni

Längerfristig wird der Einsatz von Robotern mit KI die Einführung automatisierter chirurgischer Eingriffe beschleunigen. Hier im Bild ein Versius-Roboter von CMR Surgical.
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Längerfristig wird der Einsatz von Robotern mit KI die Einführung automatisierter chirurgischer Eingriffe beschleunigen. Hier im Bild ein Versius-Roboter von CMR Surgical. (Bild: CMR Surgical)

Der Vormarsch der Maschinen scheint eines der Themen des Jahres 2019 zu werden. Ganz gleich ob im Gesundheitswesen, in der Fertigung, im Einzelhandel oder im Bankwesen: Die steigenden Investitionen in die Automatisierung führen in einer Vielzahl von Branchen zu intelligenteren und kostengünstigeren Arbeitsweisen.

Laut einer neuen Studie des Weltwirtschaftsforums (WEF) stehen wir vor einer richtungsweisenden Veränderung der Art und Weise, wie Menschen mit Maschinen zusammen­arbeiten. Im Jahr 2025 werden mehr als die Hälfte aller derzeitigen Aufgaben am Arbeitsplatz von Robotern erledigt. Aktuell sind es 29 Prozent. Eine solche Veränderung wird eine tiefgreifende und positive Auswirkung auf die globale Erwerbsbevölkerung haben, so der Bericht The Future of Jobs des WEF. Bis 2022 werden voraussichtlich rund 133 Millionen neue Arbeitsplätze geschaffen, die 75 Millionen obsoleten Stellen gegenüberstehen.

Ein Grossteil der Gründe für diesen Optimismus beruht auf der zunehmenden Wertschätzung der sich ergänzenden Natur von Robotik und künstlicher Intelligenz. Diese Kombination birgt ein enormes Potenzial in allen Branchen und verspricht die Entwicklung fortschrittlicher automatisierter Systeme, die selbst «denken und lernen» können. Aber bevor wir uns einige interessante Anwendungen ansehen, die sich aus der Kombination von Robotik und KI ergeben könnten, sollten wir uns noch einmal mit einigen wichtigen Unterschieden bei den Definitionen beschäftigen.

Roboter wurden bisher als reaktive Arbeiter angesehen: Sie erfordern eine Programmierung und folgen dann einem präskriptiven Befehlssatz. Die Anwendung von KI – allgemein beschrieben als die Entwicklung von Computersystemen, die Aufgaben ausführen können, welche normalerweise menschliche Intelligenz erfordern – bedeutet jedoch, dass Robotern selbständiges «Denken» beigebracht werden könnte. Genau hier wird es spannend.

Die KI schliesst den Bereich des maschinellen Lernens ein, der Statistiken und mathematische Optimierung nutzt, um Muster in mitunter riesigen Datenmengen zu erkennen. Anschliessend erstellen Algorithmen ein Modell aus den kumulierten Daten, um Prognosen oder Entscheidungen zu treffen, ohne explizit für die Ausführung der Aufgabe programmiert zu sein.

Geht man noch einen Schritt weiter, können diese Algorithmen in Schichten mit zunehmender Komplexität gebaut werden, die von der Struktur neuronaler Netzwerke im Gehirn inspiriert sind. Diese Technik, die als Deep Learning bezeichnet wird, ist zu einer noch fortschrittlicheren Form der erweiterten Mustererkennung in der Lage und kann daher zur Lösung weitaus komplexerer Probleme herangezogen werden.

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25.10.18 - Die International Federation of Robotics (IFR) hat den neuen World Robotics Report vorgelegt: Der weltweite Absatz von Industrie-Robotern erreichte 2017 einen neuen Rekord von 381.000 ausgelieferten Einheiten, das entspricht einer Zunahme von 30 Prozent im Vergleich zum Vorjahr. Damit stieg der Jahresabsatz von Industrie-Robotern in den letzten fünf Jahren um 114 Prozent (2013-2017). Der Verkaufswert kletterte um 21 Prozent auf einen neuen Höchststand von 16,2 Milliarden US-Dollar im Vergleich zu 2016. lesen

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Robotikanwendungen

Was bedeutet das in der Praxis? Nun, wir haben bereits erlebt, wie KI und ihre verschiedenen Unter­felder bei der Entwicklung einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt wurden, etwa bei virtuellen Assistenten wie Amazon Alexa und Apple Siri. In zunehmendem Masse werden Robotik und KI in der Industrie kombiniert, und in vielen Sektoren ist man schon ganz aufgeregt und gespannt auf die neuen Möglichkeiten, die sich dadurch eröffnen.

Laut einem kürzlich veröffentlichten Bericht von PwC, der mehrere konvergierende Trends aufzeigt, die die Einführung von KI unterstützen, ist das Gesundheits­wesen einer der Bereiche, der am meisten Potenzial für diese Entwicklung birgt. Eine alternde Bevölkerung bedeutet, dass der globale Wunsch nach Kostensenkungen im Gesundheitswesen besteht. Die jüngsten Fortschritte bei Senso­ren und WLAN-Konnektivität sowie die Aufrüstung von IT-Systemen bedeuten, dass jetzt wesentlich hochwertigere Gesundheitsdaten verfügbar sind. Dadurch wurde der Zugriff auf Daten demokratisiert, sodass Patienten eine besser informierte Rolle in ihrer eigenen Versorgung spielen können als je zuvor.

Diese Faktoren bedeuten, dass das Gesundheitswesen perfekt positioniert ist, um die wachsenden Fähigkeiten von Robotik und KI zu nutzen, so PwC. Dies führt zur Einführung von stärker automatisierten Systemen, die unterstützen oder bei Entscheidungen helfen, die sich stärker auf das Leben der einzelnen Menschen auswirken. Letztendlich könnte die KI für Untersuchungen, Diagnosen, Behandlungen und die Patientenversorgung genutzt werden. So könnte sie Ärzten helfen, Entscheidungen zu beschleunigen und sogar bestimmte Aufgaben auszuführen.

Welche Arten von Anwendungen entwickeln sich also? In Bezug auf Untersuchungen stellt die Denkfabrik IPPR in einem kürzlich veröffentlichten Bericht fest, dass KI-inspirierte automatisierte Systeme eine grosse Rolle bei der Reduzierung von repetitiven und administrativen Aufgaben spielen könnten, wodurch dem Personal mehr Zeit für die direkte Patientenversorgung zur Verfügung stünde. Zu den vielen Aktivitäten, die mit digitaler Technologie durchgeführt werden sollten, gehören die Übermittlung von Attesten, die Buchung von Terminen und die Verarbeitung von Rezepten.

Der Bericht prognostiziert auch eine Zukunft, in der Roboter und KI-Systeme gemeinsam beurteilen, behandeln und die klinische Praxis unterstützen. Eine im Krankenhaus eintreffende Person durchläuft vielleicht erst eine digitale Ersteinschätzung in einem automatisierten Beurteilungsraum, wobei die KI-Systeme, einschliesslich maschinellen Lernens, sogar Krankheiten wie Lungenentzündung, Brust- und Hautkrebs, Augenerkrankungen und Vorstufen von Diabetes diagnostizieren können.

Noch bemerkenswerter ist der potenzielle Einsatz von Robotern für die Chirurgie. Bereits heute werden ferngesteuerte chirurgische Robotersysteme eingesetzt, die aus Steuerkonsole, Armen und Überwachungssystemen sowie Software bestehen. Diese Systeme werden bei minimalinvasiven Eingriffen wie dem Binden von Knoten, dem Einführen von Schrauben und dem Nähen verwendet, da sie diese Aufgaben mit grösserer Genauigkeit und Beweglich­keit als der Mensch ausführen. Das roboter-­assistierte Da-Vinci-Operationssystem von Intuitive Surgical in Kalifornien ist vielleicht das bekannteste Beispiel für diese Technologie. Weltweit werden davon mehr als 4500 Roboter einge­setzt.

Tatsächlich hatte der globale Markt für OP-­Robotik laut einem Bericht von Allied Market Research im Jahr 2017 einen Wert von 56,294 Milliarden USD und soll bis zum Jahr 2024 einen Wert von 98,737 Milliarden USD erreichen. Das Anwendungsspektrum wird in den kommenden Jahren schnell wachsen, je mehr die Patienten die Angst vor der automatisierten Chirurgie verlieren. In Grossbritannien stellte CMR Surgical beispiels­weise vor Kurzem seinen Versius-Roboter vor, der kleiner, flexibler und vielseitiger sein soll als die bislang existierenden Roboter, sodass er ein breiteres Spektrum an Operationen ausführen kann.

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Denkende Maschinen

Längerfristig wird der Einsatz von Robotern mit KI die Einführung automatisierter chirurgischer Eingriffe beschleunigen. Dies ist nach wie vor ein relativ neuer Forschungsbereich, und die ersten dieser Geräte sind erst in jüngster Zeit bekannt geworden. Im vergangenen Jahr führten plastische Chirurgen am Maastricht University Medical Center den weltweit ersten mikrochirurgischen Eingriff mit «Roboter­händen» durch, die Blutgefässe mit einem Durchmesser von 0,3 bis 0,8 mm im Arm des Patienten nähen konnten. Der von Microsure, einem Ableger der Eindhoven University of Technology und der Maastricht University, entwickelte chirurgische Roboter wurde von einem Chirurgen gesteuert, dessen Handbewegungen analysiert, dann in kleinere und präzisere Bewegungen umgewandelt und schliesslich von den winzigen Roboterhänden ausgeführt wurden. Das Gerät verwendet ausserdem KI, um Zittern in den Bewegungen des Chirurgen zu kompensieren, wodurch das Verfahren einfacher durchgeführt werden konnte. Für die Zukunft besteht die Hoffnung, dass Chirurgen den KI-inspirierten Roboter bei anderen komplexen mikro­chirurgischen Verfahren, wie der Geweberekonstruktion, werden einsetzen können.

Auch nach einer Operation kann die Robotik in der postoperativen Versorgung eine Rolle spielen. Der IPPR-Bericht prognostiziert eine grosse Zukunft für sogenannte «Roboter am Krankenbett» mit Spracherkennungssoftware, die auf KI basiert, die Patienten bei Mahlzeiten, Transport und Rehabilitation unterstützen. Die Roboter und ihre digitalen Systeme verbessern die Kommunikation mit Familie und Freunden des Patienten und Bio­sensoren ermöglichen die Fernüberwachung und Alarmierung beispielsweise bei lebensbedrohlichen Situationen wie einer Blutvergiftung.

Über das staatliche Gesundheitswesen hinaus können mechanische Pflegehelfer Menschen im Alter befähigen, ein besseres, längeres und erfüllteres Leben zu führen und ihr soziales Umfeld zu verbessern, indem sie besser mit Freunden und Familienmitgliedern in Verbindung bleiben.

Potenzial erkennen

Es ist also klar, dass Robotik und KI in der gesamten Gesundheitsbranche einen deutlichen Einfluss haben – von der Diagnose und Behandlung bis hin zur Genesung sowie Pflege und Versorgung. Die Frage lautet: Wohin führt der Weg? Wäre es nicht sinnvoll, diese Technologie in verwandten Sektoren wie Fitness und Lifestyle einzusetzen? Der Markt für Wear­ables wie Fitbit ist in den letzten Jahren exponentiell gewachsen, und da die KI-Kenntnisse zunehmen und das maschinelle Lernen intelligenter wird, könnten solche Geräte zunehmend eingesetzt werden, um nach vorhersehbaren wesentlichen Merkmalen zu suchen, die auf Gesundheitsprobleme in der Entstehungsphase hinweisen, während sie gleichzeitig über Behandlungsoptionen beraten. In solchen Fällen wird die Diagnose möglicherweise nicht mehr von medizinischen Spezialisten erstellt, sondern von der KI durch die Erkennung von Mustern, die aus der Datenanalyse gewonnen wurden.

Kurz gesagt: Robotik und KI versprechen enorme Fortschritte bei einer Vielzahl von Anwendungen. Und vielleicht wird das wahre Potenzial dieser spannen­den, sich ergänzenden Technologien nur durch die Grenzen unserer Vorstellungskraft eingeschränkt. SMM

Buchtipp „Industrieroboter“„Industrieroboter" ist ein Handbuch für KMU mit Tipps und Tricks zum Thema Robotereinsatz. Es werden die wichtigsten Grundlagen der Robotertechnik vermittelt und Methoden erläutert, mit denen bewertet werden kann, ob sich ein Produkt oder Prozess durch den Einsatz von Robotern automatisieren lässt.

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