Aktuatoren und Hände humanoider Roboter

01Was ist ein Aktuator?

Ein Aktuator wandelt ein Steuersignal in physische Bewegung um und entspricht grob einem Muskel. Bei Humanoiden dominiert der elektrische Aktuator: Ein Motor wird mit einem Untersetzungsgetriebe kombiniert, das die naturgemäß hohe Drehzahl des Motors gegen das hohe Drehmoment zum Schwenken eines Arms oder Tragen des Körpergewichts tauscht. Positions- und Drehmomentsensoren melden den Zustand an die Steuerung zurück. Zwei Getriebefamilien prägen humanoide Gelenke. Beim Wellgetriebe — vom Erfinder Harmonic Drive Systems unter der Marke Harmonic Drive vertrieben — wird ein verzahnter flexibler Becher elliptisch in einem starren Hohlrad verformt. So entstehen in einer kompakten, leichten Stufe eine hohe Untersetzung und nahezu kein Getriebespiel; deshalb findet sich die Technik in vielen rotatorischen Arm- und Beingelenken. Planetengetriebe und ihre lineare Verwandte, der Planetenrollengewindetrieb, ordnen Rollen oder Zahnräder um ein zentrales Sonnenrad beziehungsweise eine Spindel an. Sie sind weniger kompakt als Wellgetriebe, bieten aber höhere Tragfähigkeit und Haltbarkeit und kommen daher häufig in tragenden Gelenken und Linearaktuatoren zum Einsatz. (Harmonic Drive Systems — Technik der Wellgetriebe)

Hydraulische Aktuierung — ein durch Druckfluid bewegter Kolben statt eines Elektromotors — war bei frühen Laufrobotern Standard, weil ein kleiner Zylinder enorme Kräfte erzeugen kann. Dem stehen Leckagerisiko, laufende Wartung sowie Pumpe und Vorratsbehälter gegenüber, die nicht in einen Unterarm menschlicher Größe passen. Das erklärt zu einem großen Teil, warum nahezu alle 2025 und 2026 vorgestellten neuen Hände und Arme humanoider Roboter elektrisch statt hydraulisch angetrieben werden.

02Der Aktuatorbedarf eines einzelnen Arms

Um eine Hand im dreidimensionalen Raum an jeder Position und in jeder Orientierung zu platzieren, sind mindestens sechs unabhängig angetriebene Gelenke erforderlich — dieselbe Logik von sechs Freiheitsgraden wie bei einem konventionellen Industrieroboterarm. Bei der humanoiden Hand kommt ein zweites, schwierigeres Problem hinzu: In einem Bauraum von der Größe einer menschlichen Hand müssen genügend unabhängig angetriebene Gelenke Platz finden, damit sie wirklich greifen, kneifen und Gegenstände manipulieren kann, statt sich nur um eine Form zu schließen. Die weiter unten verglichenen Hände der aktuellen Generation nutzen dafür denselben Ansatz: Die meisten Aktuatoren wandern aus der Handfläche in den Unterarm und bewegen die Finger über Sehnenzüge durch das Handgelenk. Auch beim Menschen wird die Fingerbewegung von Muskeln im Unterarm und nicht in der Hand selbst angetrieben. Dadurch sinken Platzbedarf und bewegte Masse in der Hand, die besonders schnell und leicht sein muss.

03Kraft- und Momentenmessung

Ein Kraft-Momenten-Sensor misst die an einem Punkt wirkenden Kräfte und Momente, meist alle sechs Komponenten zugleich: drei Kräfte entlang X, Y und Z sowie drei Momente um diese Achsen. Üblicherweise sitzt er am Handgelenk des Roboters. Anbieter ATI Industrial Automationgehört zu Novanta und stellt am Handgelenk montierte Kraft-Momenten-Sensoren sowie Werkzeuge für das Roboterarmende her. Das Unternehmen ist ein etablierter Zulieferer für Roboterhersteller. Die Sensorik ermöglicht eine nachgiebige Regelung: Statt blind einer vorprogrammierten Position zu folgen, kann die Steuerung mithilfe der Rückmeldung eine gewünschte Kontaktkraft halten — ein Teil bündig andrücken, ohne es zu zerdrücken — oder bei unerwartetem Widerstand sofort nachgeben, etwa wenn ein menschlicher Arm im Weg ist. Darin liegt der Unterschied zwischen einem Roboter, der nur feste Punkte anfährt, und einem, der sicher einen Arbeitsraum mit Menschen teilt oder Gegenstände unbekannter Steifigkeit handhabt.

04Taktile Erfassung

Tastsensoren gehen einen Schritt weiter und sitzen unmittelbar in der Fingerspitze statt am Handgelenk. Anstelle eines gemeinsamen Sechsachs-Messwerts für die ganze Gliedmaße erfassen sie den Kontakt lokal: wo ein Gegenstand die Fingerspitze berührt, wie stark und ob er zu rutschen beginnt. Diese Rückmeldung liefert beim Menschen die Haut. Eine außerhalb der Hand montierte Kamera kann sie konstruktionsbedingt nicht geben, weil die Finger beim Schließen den Blick auf die Kontaktstelle verdecken.

Figure AI entwickelte eigene Tastsensoren für die Fingerspitzen des Humanoiden Figure 03, nachdem handelsübliche Sensoren nach Einschätzung des Unternehmens dem realen Einsatz nicht standhielten. Sie erkennen Kräfte ab drei Gramm — etwa dem Gewicht einer Büroklammer. Nach Angaben von Figure kann das KI-System Helix dadurch einen sicheren Griff von einem kurz vor dem Abrutschen stehenden Gegenstand unterscheiden, bevor dieser tatsächlich rutscht. (Figure AI — Vorstellung von Figure 03)

Analog Devices zeigte einen weiter vorausgreifenden Prototyp: einen multimodalen Tastsensor, der nach Unternehmensangaben Kontaktdetails bis zu fünfmal feiner auflösen kann als eine menschliche Fingerspitze. Auf der Nvidia GTC 2026 steuerte der Sensor eine humanoide Hand, die ein Netzwerkkabel allein durch Tasten bis zur Buchse verfolgte — ohne Kamera im Regelkreis. Die dafür verwendete Steuerungspolicy war in Nvidias Simulator Isaac Sim trainiert worden. (Analog Devices — Zukunft der taktilen Sensorik; ADI auf der Nvidia GTC 2026)

onsemi zeigte auf der Embedded World 2026 außerdem einen induktiven Positionssensor in einer Roboterhand. Er zielt auf ein verwandtes, aber anderes Problem: die eigene Position und Geschwindigkeit eines Gelenks präzise zu verfolgen, nicht den Kontakt mit der Außenwelt zu messen. (onsemi auf der Embedded World 2026)

05Geschickte Hände: aktuelle Beispiele

Mit „geschickter Hand“ bezeichnet die Branche eine mehrfingrige Hand, die Gegenstände ähnlich wie eine menschliche Hand manipuliert, statt sich wie ein Fabrikgreifer lediglich um eine Form zu schließen. Drei im vergangenen Jahr veröffentlichte Handkonstruktionen zeigen, wie unterschiedlich Teams dasselbe Problem der Aktuatordichte lösen:

Daran arbeitet nicht nur ein einzelnes Unternehmen. Zahlreiche vorgelagerte Komponentenanbieter wollen genau diesen Aktuator- und Sensorstack bedienen: Getriebespezialisten wie Harmonic Drive Systems und das japanische Unternehmen Nabtesco sowie Chiphersteller wie Analog Devices und onsemi, die speziell für humanoide Hände Referenzhardware zur taktilen und Positionsmessung entwickeln. Der Investment-Trackerzeigt den Börsenbezug dieser Lieferkette; der Beitrag zu Industrieroboternerklärt, wie derselbe Ansatz mit Untersetzungsgetrieben jahrzehntelang Roboterarme in Fabriken antrieb, bevor Humanoide ihn übernahmen.

06Häufige Fragen