Robotik und Automatisierung: Mit Vollgas in eine autonome Zukunft
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Robotik und Automatisierung: Mit Vollgas in eine autonome Zukunft

In dieser schnelllebigen Welt lassen Menschen sich rasch ablenken – besonders am Steuer, wie es scheint. Wenn wir mehrere Stunden am Lenkrad verbringen, werden wir häufig müde oder gelangweilt. 

Vielleicht lassen wir uns durch die Suche nach einem Radiosender ablenken, durch einen Schluck aus dem Kaffeebecher oder einen Bissen von unserem Sandwich, das Einstellen des Navis oder den kurzen Blick nach hinten, um den Kindern zu sagen, dass sie sich benehmen sollen. Schlimmer noch: Manche fahren angetrunken, aggressiv oder zu schnell. Andere fahren, während sie Textnachrichten schreiben. Wir neigen dazu, die Verkehrsregeln zu brechen, wenn wir uns unbeobachtet fühlen.

Die Weltgesundheitsorganisation schätzt, dass pro Jahr 1,25 Millionen Menschen im Strassenverkehr getötet und mehr als 20-mal so viele bei Verkehrsunfällen verletzt werden. Schätzungen zufolge werden rund 94 %1 aller Unfälle im Strassenverkehr durch menschliches Versagen verursacht. Vieles spricht daher dafür, dass selbstfahrende Fahrzeuge und Autos mit Fahrerunterstützungssystemen (Advanced Driver Assistance Systems, ADAS) eine sicherere Lösung darstellen. Diese Sensoren an den Autos können nicht nur unseren Seh- und Gehörsinn imitieren, sondern die menschlichen Fähigkeiten überflügeln. Optische Kameras, «LiDAR»2 und Infrarotsensoren können überall am Fahrzeug angebracht werden, tote Winkel eliminieren oder eine Vernetzung des Autos mit Strasseninfrastruktur wie Stoppschildern und Ampeln ermöglichen. Durch Kommunikation mit anderen Fahrzeugen kann das eigene Fahrzeug den vorausfahrenden Verkehr auf der Strasse einschätzen oder vielleicht sogar gefährliche Situationen vermeiden, wenn beispielsweise ein Auto direkt hinter einer Kurve auf einer Landstrasse gestoppt hat und erst sehr spät im Sichtfeld des Fahrers auftaucht.

«When automobiles first started rumbling down manure-clogged streets, people called them ‘horseless carriages’. This cycle has restarted, and the term ‘driverless car’ will soon seem as anachronistic as horseless carriage»

Alex Davies, Wired Magazine, Februar 2018

Erst Sicherheit, dann Verkehrsflussoptimierung

Die Verbesserung der Verkehrssicherheit zur Verminderung der Verkehrsunfälle und Personenschäden sowie Vermeidung wirtschaftlicher Kosten, die aus Unfällen entstehen, werden meist als die wichtigsten Gründe zur Förderung selbstfahrender Fahrzeuge angegeben. Aber es gibt noch weitere Motive. Technologiefirmen sehen ihre Gelegenheit, in einen potentiell grossen Markt vorzudringen. Zudem gerät unsere physische Infrastruktur, die unsere Ortschaften, Städte und Gesellschaften zusammenhält, angesichts des weltweiten Bevölkerungswachstums und der zunehmenden Überfüllung der immer grösser werdenden Städte unter Überlastungsdruck. Auch hier könnten selbstfahrende Fahrzeuge eine Lösung sein.

Einer gut 20 Jahre alten, aber nach wie vor häufig zitierten Schätzung zufolge verbringen Autos rund 95 % ihrer Lebensdauer geparkt.3 Bestärkt wird diese Einschätzung durch eine Untersuchung, die zeigt, wie ineffizient wir unsere Autos verwenden: Rund 80 % aller Autobahnfahrten werden von Einzelpersonen unternommen.4

Selbstfahrende Fahrzeuge könnten diese Überfüllung der Strassen noch verschlimmern, falls sie nicht sinnvoll reguliert werden. Es könnte beispielsweise günstiger sein, das selbstfahrende Fahrzeug ohne menschliche Insassen auf der Strasse zwischen Parkplätzen wechseln zu lassen, um Parkkontrolleuren aus dem Weg zu gehen, anstatt für einen Parkplatz am Wohn- oder Arbeitsort zu bezahlen. Doch auch ein anderes Szenario ist denkbar. Autos könnten geteilt und mit einem intelligenten Netzwerk verknüpft werden, um den Verkehrsfluss zu optimieren und die verfügbaren Fahrzeuge dorthin zu routen, wo sie benötigt werden und wo keine Staugefahr besteht. Die OECD schätzt, dass ein System, das vollständig aus unter Optimalbedingungen fahrenden, vernetzten selbstfahrenden Fahrzeugen besteht, den aktuellen Bedarf an Pkws, der derzeit noch durch rund 1,28 Milliarden Autos5 weltweit liegt, mit nur 3 % dieser Menge bewältigen könnte.6 Aufgrund unterschiedlicher Interessengruppen erscheint dieses Ergebnis jedoch selbst in den kleinsten Städten und Gemeinden unwahrscheinlich. McKinsey sieht als wahrscheinlichstes Szenario eine leicht ausgleichende Wirkung des Carsharings durch selbstfahrende Fahrzeuge auf die Zahl der im Umlauf befindlichen Fahrzeuge (Grafik 1). Der Energiekonzern BP schätzt, dass die Anzahl der Fahrzeuge auf den Strassen bis 2040 die Zwei-Milliarden-Marke überschreiten wird.7

Grafik 1. Jährlicher Automobilverkauf – jetzt und zukünftig (in Millionen Einheiten)  

Quellen: IHS Automotive, McKinsey

Automatisierung des Automobils

Vor 30 Jahren liess sich das Sonnendach im VW Golf meiner Mutter mit einer Kurbel öffnen. Für die Fenster galt das Gleiche. Wir mussten einen Schlüssel verwenden, um das Auto zu öffnen und abzuschliessen. Die Einstellung der Sitze passten wir mit Griffen und Hebeln an und im Handschuhfach hatten wir immer einen Satz Karten für den Fall, dass wir uns verfahren. Heute sind viele Autos stark automatisiert: Automatische Gangschaltung, automatische Einstellung der Scheinwerfer, Regensensoren in den Scheibenwischern, Sitze mit Memory-Funktion, deren Einstellungen auf den Autoschlüsseln gespeichert sind, Infotainment-Systeme, die sich mit dem Smartphone verknüpfen lassen – und natürlich das «überlebenswichtige» GPS-Navigationssystem.

Wir haben uns so sehr an die automatisierten Annehmlichkeiten in unseren Fahrzeugen gewöhnt, dass es eine echte Herausforderung sein kann, im Urlaub ein weniger technisiertes Auto zu mieten. Wie schwierig das Parken, besonders mit diesem unvertrauten Mietwagen, ohne Rückkamera oder piepsenden Parkassistenten plötzlich scheint. Wie peinlich es ist, an jeder Kreuzung den Motor abzuwürgen, weil man vergessen hat, den Gang herauszunehmen oder die Kupplung zu treten. Und wo befindet sich bei diesem Getriebe nochmals der Rückwärtsgang?

Die Technologie hat sich exponentiell entwickelt und ist die treibende Kraft hinter der Digitalisierung unseres Alltags und der zunehmenden Nutzung und Abhängigkeit von Automatisierung und Robotik. 1965 prognostizierte Gordon Moore, der Mitbegründer von Fairchild Semiconductor und Intel, dass die Anzahl der Transistoren auf einem integrierten Schaltkreis (auch Halbleiter oder schlicht «Chip» genannt) sich mit jedem Jahr verdoppeln würde. 1975 ruderte er etwas zurück und meinte, ihre Zahl würde sich alle zwei Jahre verdoppeln. Er lag mit seiner Vorhersage erstaunlich richtig und erahnte die drastische Erhöhung der Prozessorleistung und die signifikante Kostensenkung.8

Heute können wir beobachten, wie neue Technologien sich ihren Weg ins Auto bahnen, basierend auf Sensoren, leistungsstarken Computerprozessoren und einer neuen Form von künstlicher Intelligenz, verbunden durch schnelle Mobilfunknetze. Die Menge der Technologie, die heute in Fahrzeugen verbaut wird, nimmt rasant zu. Dieser Anstieg an digitalen Inhalten verändert die Struktur einer über 100 Jahre alten Branche und bringt unzählige neue Akteure, von grossen Playern bis zu kleinen Spezialisten, ins Spiel. 

Derzeit werden so viele Innovationen entwickelt und an Modellen getestet, dass es schwierig ist, den Überblick zu behalten. Der japanische Sensoren- und Roboterhersteller Omron hat ein ADAS-System mit der Bezeichnung «Driver Concentration Sensing Technology» entwickelt, das die Augenbewegung und die Blinzelrate des Fahrers überwacht, um ihn vor Schläfrigkeit zu warnen. Das australische Unternehmen Seeing Machines geht noch einen Schritt weiter und hat eine Technologie entwickelt, die die Bewegung der Pupillen des Fahrers nachverfolgt und prüft, ob er sich aller Gefahrenquellen, die ihn umgeben, bewusst ist. Mercedes und Tesla haben aktive Spurhalte- und Totwinkel-Assistenten für den Strassenverkehr in ihren Fahrzeugen verbaut. In den BMWs der 5er- und 7er-Serie sorgt Infrarotsicht als optionales Extra für verbessertes Fahren bei Nacht und unter schlechten Sichtbedingungen, und in den Vereinigten Staaten sind autonome Notbremsassistenten, die in Europa weiter optional bleiben, ab 2022 in allen Neuwagen Pflicht. Viele Autohersteller drängen in diese Bereiche, um ihre Modelle von der Konkurrenz abzuheben und um die Liste lukrativer Zusatzoptionen für den Kunden stetig zu erweitern.

Stufen der Autonomie

Die meisten der erwähnten Technologien werden eingesetzt, um einen Teil des Fahrvorgangs zu automatisieren oder die Fähigkeiten des Fahrers zu unterstützen. Die Society of Automotive Engineers (SAE) hat ein mehrstufiges Spektrum definiert, das von einfachen Fahrassistenzsystemen wie Parksensoren auf Stufe 1 der Automatisierung bis zur Vollautomatisierung auf Stufe 5 reicht, bei der ein Fahrzeug sämtliche Fahrfunktionen autonom ausführen sollte und die Beteiligung des Fahrers rein optional ist. 

Grafik 2. 6 Stufen der Autonomie: von ADAS bis zur Gesamtautonomie

Quellen: The SAE, Credit Suisse

Viele Milliarden Dollar wurden bereits in die Entwicklung der Technologien und Assistenzsysteme investiert, die heute in selbstfahrenden Fahrzeugen Verwendung finden, und viele weitere werden in den kommenden fünf bis zehn Jahren investiert werden. Zurzeit ist der Audi A8 das einzige Auto auf der Strasse, das eine Autonomie der Stufe 3 erreicht. Der «Staupilot» des A8 kann das Fahrzeug bei einer Geschwindigkeit von bis zu 60 km/h völlig autonom steuern. Über diese Temposchwelle hinaus muss der Fahrer wieder die Kontrolle übernehmen (Grafik 3).

Grafik 3. Autonomiestufe 3 im Audi A8  

Quellen: Audi, Credit Suisse

Die fünfte Autonomiestufe zu erreichen, ist eine enorme Herausforderung. In einer kontrollierten Umgebung wie Nissans durch Geofencing abgegrenztem Bereich in Minato-Mirai, Yokohama, wo das Unternehmen den «Easy Ride»-Service anbietet, oder im One-North-Geschäftsbezirk von Singapur, in dem nuTonomy, ursprünglich vom MIT gegründet und nun Tochtergesellschaft von Delphi, eine Flotte von Robotertaxis betreibt, können die Variablen wie Strassenbedingungen und Beschilderung sowie mögliche Szenarien bis zu einem gewissen Grad kontrolliert werden. In der «Wildnis» allerdings, also ausserhalb kontrollierter Räume, steigt die Anzahl der Variablen rasant an. Ein System zu entwickeln, das unmittelbar alle Objekte erkennt, zwischen verschiedenen wesentlichen Gefahrenquellen (Menschen, Tieren usw.) und weniger bedeutsamem «Hintergrundrauschen» (Abfall, Pfützen, Nebel usw.) unterscheiden und in jedem Szenario richtig reagieren kann, wird vermutlich noch viele weitere Jahre der Entwicklung erfordern.

Fahren, um Daten zu sammeln

Das Rennen hat begonnen. Unternehmen bauen ihre Flotten aus, um sie so vielen realistischen Szenarien auszusetzen wie möglich. Durch ihre Vernetzung haben diese selbstfahrenden Systeme einen Vorteil gegenüber menschlichen Fahrern: Die von den einzelnen selbstfahrenden Fahrzeugen gesammelten Daten können zusammengefasst und die Informationen mit der gesamten Fahrzeugflotte geteilt werden.

Tesla behauptet, mit all seinen im «Autopilot»-Modus fahrenden Fahrzeugen mehr als eine Milliarde Meilen an Daten gesammelt zu haben. Teslas Autopilot bewegt sich jedoch nur auf Autonomiestufe 2. Das Google-Tochterunternehmen Waymo, das im Dezember 2016 als separates Unternehmen abgespalten wurde, das Privatunternehmen Uber, das etablierte Taxiunternehmen in aller Welt aufrüttelte, und die seit März 2016 im Besitz von GM befindliche Firma Cruise Automation sind heute auf dem Gebiet autonomer Fahrdaten führend. Waymo behauptet, mit Autonomie der Stufe 4 rund vier Millionen Meilen an Daten gesammelt zu haben, während Uber auf zwei Millionen und Cruise auf eine halbe Million kommt.

Das derzeitige Bild könnte sich jedoch schnell ändern. Unternehmen sind bemüht, ihre selbstfahrenden Flotten rasch zu erweitern, um die aussagekräftigsten und umfangreichsten Datensätze ansammeln zu können. Anfang des Jahres gab BMW bekannt, seine selbstfahrende Flotte 2018 auf 80 Fahrzeuge zu verdoppeln, während Apple im Mai 62 Fahrzeuge in Kalifornien registriert hatte, wobei es im Januar noch 27 Stück waren. Doch die Pläne von Waymo und Uber legten die Messlatte jüngst ein ganzes Stück höher. Uber kündigte im November 2017 eine Bestellung von 24’000 Volvo XC90 an, die zwischen 2019 und 2021 geliefert werden sollen. Und im Mai 2018 beauftragte Waymo Fiat Chrysler mit der Produktion von 62’000 Mini-Vans für seine Robotertaxi-Flotte.

Irren ist menschlich, doch manchmal auch «robotisch»

Im März diesen Jahres war ein Auto, das mit dem autonomen Fahrsystem von Uber betrieben wurde, in Tempe, Arizona, in einen tödlichen Unfall verwickelt. Selbstfahrende Fahrzeuge waren bereits an mehreren Unfällen beteiligt, doch zum ersten Mal kam dabei eine Person ums Leben. Bisher wurden die meisten Unfälle von Fahrern verursacht, die die Vorsicht und Zurückhaltung des autonomen Systems nicht erwartet hatten.

Daraus ergibt sich ein Dilemma. Wie viele Todesopfer werden Gesellschaft und Regulierungsbehörden bei der Entwicklung selbstfahrender Fahrzeuge zu akzeptieren gewillt sein? Die meisten Experimente, insbesondere die, die gefährlich sein könnten, werden in kontrollierten Umgebungen durchgeführt, unter Beteiligung von Personen, die sich freiwillig dafür gemeldet haben und häufig für das Risiko, das sie eingehen, bezahlt werden. Aus den Reaktionen auf den Unfall in den traditionellen und sozialen Medien lässt sich eindeutig schliessen, dass die Allgemeinheit auf Computerfehler weniger verzeihend reagiert als auf menschliches Versagen, schliesslich «machen wir doch alle mal Fehler».

Auch andere kritische Punkte müssen angegangen werden. Bei Autos der Autonomiestufen 2 bis 4 muss der Fahrer stets aufmerksam sein und, falls erforderlich, die Kontrolle übernehmen können. Doch aufmerksam bleiben zu müssen, obwohl man nicht fährt, wird vermutlich weitaus schwieriger und vermutlich auch einschläfernder sein, als selbst zu fahren. Und noch etwas weiter gedacht: Wenn volle Autonomie als Teil des Funktionsrepertoires angeboten wird, handelt es sich dann bei Unfällen um das Resultat von Produktfehlern und könnten Autohersteller in diesem Fall schadenersatzpflichtig sein? Audi übernimmt derzeit die volle Haftung für Unfälle, die durch das A8-Modell verursacht wurden.

Smart Cities?

Wir gehen davon aus, dass Regierungen in den kommenden Jahren Infrastrukturinvestitionen tätigen werden, um dazu beizutragen, den Weg für selbstfahrende Fahrzeuge zu ebnen. Als Anreiz wird ihnen dafür die Reduzierung der Verkehrsüberlastung und Schadstoffbelastung sowie die Verbesserung der Strassensicherheit dienen. Viele der Herausforderungen bei der Entwicklung effektiver und sicherer selbstfahrender Fahrzeuge können reduziert werden, indem die umliegende Infrastruktur «smart» gestaltet wird.

Die selbstfahrenden Fahrzeuge von heute sind darauf ausgelegt, Verkehrszeichen und Strassenmarkierungen optisch zu «lesen» und zu interpretieren. Wenn jedoch das Gefüge der Strasseninfrastruktur durch die Einbettung von Chips und Sensoren digitalisiert werden würde, könnten intelligente Ampeln und Strassenmarkierungen mit den Fahrzeugen interagieren und die technische Herausforderung deutlich vereinfachen.

Zudem wäre es beispielsweise möglich, dass Menschen digitale Tokens im Portemonnaie oder auf dem Smartphone mit sich führen, die sie digital mit dem Netzwerk verbinden. Diese Tokens könnten beispielsweise auch an den Halsbändern von Haustieren befestigt werden, und Fahrräder und andere Verkehrsteilnehmer wie nicht selbstfahrende Fahrzeuge könnten erfasst werden. Durch diese Vernetzung wäre es möglich, das gesamte System sicherer und effizienter zu gestalten. 

Strasseninfrastruktur und Fahrzeuge könnten zudem so ausgestattet werden, dass sie von selbstfahrenden Fahrzeugen leichter wahrgenommen werden. PPG Industries, ein führender Anbieter von Autolacken, hat Beschichtungen entwickelt, die die Sichtbarkeit von Fahrzeugen und Infrastruktur für Radar- und LiDAR-Sensoren verbessert. Die Farbe ermöglicht dem Licht, bis zu einer reflektierenden Unterschicht durchzudringen. Von dieser prallt das Signal ab und wird zum Sensor zurückgeworfen, anstatt absorbiert zu werden. 

In einem derart vernetzten Verkehrssystem gibt es unzählige Möglichkeiten für Automatisierungstechnologien. Gleichzeitig steigt jedoch der Bedarf nach einer Verbesserung der Cybersicherheit. Durch die Verknüpfung so vieler einzelner Bestandteile entstehen Milliarden von Endpunkten, die vor Hackern, Malware und Viren geschützt werden müssen. Wir sind der Ansicht, dass Cybersicherheit für langfristig auf den Technologiebereich ausgerichtete Anleger ein weiteres attraktives Anlagethema darstellt.

Fazit

Erst in den letzten Jahren hat sich das Konzept selbstfahrender Fahrzeuge in unserer kollektiven Wahrnehmung von einer Möglichkeit zu einer beinahen Gewissheit entwickelt. Im Grunde stellt sich dabei nur noch eine Frage: Wann werden sie für den Massengebrauch bereit sein? Viele Teile des Puzzles, von der Regulierung über die Technologie bis hin zur gesellschaftlichen Akzeptanz, müssen noch gründlich ausgearbeitet werden. Und bevor wir eine breite Nutzung selbstfahrender Fahrzeuge erleben, werden wir ohne jeden Zweifel fortschrittlichere Fahrassistenzsysteme zu sehen bekommen und uns mit mehr Unfällen und öffentlicher Skepsis auseinandersetzen müssen.

Im Zuge des technischen Fortschritts und der zunehmend wachsenden Prozessorleistung werden automatisierte Systeme und Roboter intelligenter werden, lernen, sich selbst zu korrigieren, und schliesslich in immer breiteren Anwendungsbereichen ihren Nutzen finden. Diesen Prozess können wir bereits in zahlreichen Bereichen der Wirtschaft wie Fabriken, Krankenhäusern, Büros und selbst bei uns zu Hause beobachten. Das Auto ist ein weiteres gutes Beispiel für die zunehmende Automatisierung. Als Automobile das erste Mal auf die Strassen kamen, nannte man sie «pferdelose Kutschen». Möglicherweise werden die Begriffe «autonomes» oder «selbstfahrendes Fahrzeug» irgendwann ebenfalls überflüssig sein, sodass wir eines Tages von selbstfahrenden Fahrzeugen einfach wieder als «Auto» sprechen.

Credit Suisse Asset Management hat eine Strategie entwickelt, um Kunden ein «Pure Play»-Engagement in dem überzeugenden langfristigen Wachstumsthema Robotik und Automatisierung zu bieten. Weitere Informationen finden Sie hier.