Im Virtual-Reality-Labor des Instituts für Arbeitsschutz in Sankt Augustin: Der Roboter und die Arbeitsumgebung werden täuschend echt dreidimensional auf einem Großbildschirm projiziert. Der Proband steht davor am Laptop und erteilt damit Befehle.
Birgit Naber/IFA
Wird ein Roboter bei der Zusammenarbeit mit einem Menschen schneller, variiert er seine Bewegungsbahn und wird somit unvorhersehbarer, nimmt bei dem Menschen der Stress und die Fehlerhäufigkeit zu. Das hat der Psychologe Markus Koppenborg herausgefunden. Der Psychologe der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn untersuchte, wie Probanden die Zusammenarbeit mit einem Roboter hinsichtlich Gefahren und Beanspruchung empfinden und welchen Einfluss dies auf die Arbeitsleistung hat.
Bereits heute sind Roboter kaum mehr wegzudenken: Im Automobilbau beispielsweise schweißen die programmierbaren Maschinen Bleche zusammen. Damit es mit den flinken und enorm kräftigen Maschinen zu keinen Unfällen kommt, gilt derzeit die Sicherheitsregel, dass der Arbeitsraum von Mensch und Roboter strikt zu trennen sind. Was jedoch passiert, wenn diese Trennung aufgehoben wird, hat Koppenborg laut Universität Bonn nun ermittelt. Der Psychologe untersuchte im Labor, wie Probanden die Zusammenarbeit mit einem Roboter hinsichtlich Gefahren und Beanspruchung empfinden und wie ihre Arbeitsleistung beeinflusst wird. Hierfür nutzte Koppenborg das Virtual-Reality-Labor des IFA.
Auf einem acht mal drei Meter großen, halbkreisförmigen Großbildschirm wurde ein dreidimensionaler Roboter in einer Industriehalle projiziert, der Werkstücke zu verschiedenen Behältern transportierte. Die Probanden der Studie sollten an einem Computer Produktionsaufgaben zu erledigen und mussten gleichzeitig noch den Roboter per Knopfdruck anweisen, wohin er die Werkstücke transportieren sollte. Zudem wurde die Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters gesteigert und seine Bewegungsbahn variiert, wodurch seine Bewegungen unvorhersehbarer wurden. Währenddessen erfasste der Psychologe, wie viele Aufgaben von den Testpersonen in einer bestimmten Zeit erledigt wurden und wie groß die Fehlerrate dabei war. Außerdem zeichneten Sensoren die Herzfrequenz der Probanden auf.
"Das Besondere bei dem Experiment war, dass sich die Arbeitsräume von Mensch und Roboter überschnitten", berichtet Koppenborg. "Der sogenannte kollaborierende Roboter ist eine Zukunftsvision: Er soll mit dem Menschen Hand in Hand arbeiten", erläutert der Psychologe, der an der Universität Bonn und dem Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (IFA) in Sankt Augustin seine Masterarbeit zu diesem Thema geschrieben hat.
Leistungseinbußen und erhöhter Stress
Die Ergebnisse zeigten, dass bei den Probanden Leistungseinbußen bei der Aufgabenbearbeitung zu verzeichnen waren, sobald der Roboter in variierender Bahn und damit unvorhersehbarer arbeitete. Je flotter die programmierbare Maschine arbeitete, desto größer war das Empfinden von Angst und Beanspruchung bei den Testpersonen. Die größte Gefahr nahmen die Probanden bei Roboterbewegungen wahr, die sowohl schnell waren als auch in ihrer Bahn variierten. "Auf kritische Situationen kann der Nutzer bei hoher Beanspruchung nicht mehr adäquat reagieren, woraus sich Sicherheitsrisiken ergeben", erläuterte Koppenborg. Diese Erkenntnisse können zur Erhöhung der Sicherheit sowie der Maximierung der Effizienz in der Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter beitragen.
"Die Bedeutung der in der Masterarbeit untersuchten Fragestellung liegt in der häufigen - und in Zukunft wahrscheinlich noch wachsenden - Interaktion zwischen Mensch und Roboter an industriellen Arbeitsplätzen", betont Professor Dr. Ulrich Ettinger vom Institut für Psychologie der Universität Bonn, der die Arbeit mitbetreute. Dr. Peter Nickel, der für das IFA die Masterarbeit betreute, erklärte, dass es für viele Branchen Pläne für Arbeitsplätze gebe, an denen Menschen und Roboter kooperieren und kollaborieren sollen.
Für die Leistungen in seiner Masterarbeit und sein bisheriges Engagement wurde Koppenborg mit dem Georgia und Helmut Friedrich-Stiftungspreis 2013 ausgezeichnet. Der Preis ist mit 3500 Euro dotiert. Nach dem Abitur in Münster studierte Koppenborg Psychologie und Politikwissenschaft in Trier und Aachen. Danach absolvierte er ein Master-Studium in Psychologie an der Universität Bonn. Er arbeitet nun als wissenschaftlicher Mitarbeiter im IFA.