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Schönen Gruß aus der Zukunft

Spielzeugroboter.
Das Zusammenspiel von Robotertechnik und menschlichen Bewegungen nimmt längst einen wichtigen Teil der Forschung ein.
Foto: Martin Rehm

Aus der Forschung: Bionik, Nanotechnik und Robotik studieren

Schönen Gruß aus der Zukunft

Hochpräzise Produktionsroboter, autonom fahrende Verkehrsmittel, Klettverschlüsse, wasserabweisende und kratzfeste Beschichtungen: Es gibt zahlreiche Anwendungen für Forschungsergebnisse aus den Bereichen Robotik, Bionik und Nanotechnik. Abiturienten, die in diesem Feld tätig werden wollen, können über ein Studium die Weichen stellen.

So wie Tanja Koch. Die 23-Jährige studiert „Robotik und Automation“ an der Hochschule Heilbronn. Wegweisend war eine vorangegangene Ausbildung zur Mechatronikerin. Diesen Beruf erlernte sie in einem Unternehmen für Befestigungstechnik. „Dort hatte ich in der Produktion mit Robotern zu tun. Es war so spannend, dass ich mein Wissen in dem Bereich vertiefen wollte“, schwärmt sie.

Ein Porträt-Foto von Tanja Koch.

Tanja Koch

Foto: Yannik Conrad

Inzwischen hat Tanja Koch, die ihre Fachhochschulreife nach der Ausbildung nachholte, das sechste Semester erreicht. „In den ersten beiden Semestern hatten wir Fächer wie Mathe, Physik, Mechanik, Elektrotechnik, Maschinenbau und Informatik, außerdem Module zu den Grundlagen der Robotik und Automation“, erinnert sie sich. Im dritten und vierten Semester ging es um Robotermechanik, Regelungs- oder Steuerungstechnik. Im sechsten Semester entschied sich die Studentin für eine Vertiefung in Robotik.

Das Praxissemester verbrachte Tanja Koch beim Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung in Stuttgart, wo sie mithilfe von Simulationssoftware eine Machbarkeitsstudie im Bereich Mensch-Maschine-Kollaboration durchführte. Konkret ging es um das Zusammenspiel von Mensch und Technik in Anwendungsgebieten wie der Prothetik. „In diese Richtung würde ich auch gerne beruflich gehen und in der Forschung arbeiten“, sagt sie. Daher möchte sie auf jeden Fall einen passenden Master anschließen. „Danach wäre auch eine Promotion denkbar.“

Robotik und Bionik: Eng verzahnte Forschungsfelder

Ein Porträt-Foto von Dr. Thomas Sowa

Dr. Thomas Sowa

Foto: privat

Die Prothetik ist eine Richtung, in die in der Robotik geforscht wird. Gerade feiert der Forschungszweig Erfolge mit sogenannten Exoskeletten mit Antrieb, also am Körper tragbaren Robotern oder Maschinen, die Bewegungen unterstützen oder verstärken. Ein bekanntes Beispiel aus der medizinischen Anwendung ist der Lifesuit, der querschnittsgelähmten Menschen die Bewegungsfreiheit zurückgibt. (Lies hierzu auch die Reportage „Der Exosuit“.)

Zum Standardrepertoire zählen Roboter, die etwa am Fließband immer gleiche Arbeitsschritte mit äußerster Präzision ausführen. Neu ist, dass sie komplexe Entscheidungen zunehmend selbst treffen können. Stichwort: Künstliche Intelligenz. „Die möglichen Einsatzfelder sind noch lange nicht alle entdeckt“, erklärt Dr.-Ing. Thomas Sowa vom Fachbereich Technik und Wissenschaft beim Verein Deutscher Ingenieure (VDI). „Service-Roboter werden zukünftig verstärkt in Fabriken, Krankenhäusern, Pflegeheimen und Haushalten eingesetzt werden. Ein neues Gebiet sind derzeit Drohnen, die im Luftraum spionieren, transportieren und bekämpfen können. Aktuelles Beispiel ist die Bekämpfung des Zika-Virus. Hier erhofft sich die Weltgesundheitsorganisation WHO, die Ausbreitung der Krankheit mithilfe von Flugrobotern einzudämmen.“ (Lies auch das Interview mit Thomas Sowa „Ein fachübergreifendes Zusammenspiel“)

Wie schon das Beispiel Exoskelett zeigt, ist die Robotik oftmals eng verzahnt mit der Bionik. In diesem Forschungsbereich werden Phänomene aus der Natur auf die Technik übertragen und nutzbar gemacht (siehe die Reportage über das Studium der Bionik „Forschen am Vorbild der Natur“.). „Ob Automotive, Maschinenbau, Biomedizintechnik oder Bau – zukunftsfähige Jobs für Bioniker finden sich in vielen Branchen“, sagt Dr. Rainer Erb, Geschäftsführer der Biokon – Forschungsgemeinschaft Bionik-Kompetenznetz e.V. Dem Exoskelett dienen etwa die Gliederfüßer als Vorlage, die über ein stabiles Außenskelett verfügen. Weitere Anwendungsbeispiele sind Klettverschlüsse oder Schwimmanzüge. Letztere gleiten aufgrund einer speziellen Beschichtung scheinbar widerstandslos durchs Wasser.

Nanotechnik: Komponenten so klein wie Viren

Beschichtungen sind zugleich ein Beispiel für Forschungsthemen in der Nanotechnik: Hier entwickeln Wissenschaftler neue Werkstoffe, die auf molekularer Ebene bestimmte Effekte produzieren, etwa wasserabweisende Beschichtungen oder hohe Kratzfestigkeit.

Die Nanotechnologie wird bereits quer durch alle Branchen und Industriezweige für unterschiedliche Anwendungen genutzt. „Ein aktuelles Smartphone passt in eine Hosentasche und besitzt dennoch mehr Rechenleistung als ein raumgroßer Supercomputer in den 1980er-Jahren“, führt Professor Dr. Claus Michael Schneider aus. Der Direktor des Peter Grünberg Instituts am Forschungszentrum Jülich weiß: „Möglich gemacht hat dies eine jahrzehntelange, kontinuierliche Verkleinerung der Rechnerkomponenten. Die kleinsten Transistoren auf einem Computerchip sind heute nur noch so groß wie Viren: 30 Nanometer.“ Damit seien die physikalischen Grenzen der Miniaturisierung jedoch fast erreicht und entscheidende Fortschritte nur noch durch ganz neue Konzepte und Materialien realisierbar.

„Angehende Physiker finden hier zahlreiche spannende Forschungsfelder, zum Beispiel die Spintronik. In diesem Fachgebiet versuchen wir, die magnetische Eigenschaft von Elektronen – den Spin – zu nutzen, um Computerchips noch schneller und insbesondere energieeffizienter zu machen“, erläutert Claus Michael Schneider (siehe hierzu die Reportage „Nanometer dünne Schichten für magnetische Speicher“.)

Breit aufstellen im Bachelor, spezialisieren im Master

Abiturienten, die in diesen Forschungsfeldern tätig werden wollen, haben die Möglichkeit, über ein entsprechendes Studium einzusteigen. „Hinter diesen futuristisch anmutenden Forschungsgebieten verbergen sich klassische Fachbereiche wie Mathe, Physik, Chemie, Maschinenbau, Informatik, Elektrotechnik oder Werkstoffwissenschaft“, erläutert Dr. Bernd Lienstädt, Berater für akademische Berufe bei der Arbeitsagentur Bremen. „Bachelorstudiengänge in diesen Disziplinen haben den Vorteil, dass man nach dem Abschluss breiter aufgestellt ist und sich dennoch in Richtungen wie Robotik oder Bionik spezialisieren kann, etwa mit einem entsprechenden Masterstudium.“

Neben breit angelegten Bachelorstudiengängen bieten viele Hochschulen spezialisierte Programme an, zum Beispiel Bionik und Orthobionik, Nanowissenschaften, Nano Engineering, Mikrosystem- und Nanotechnologie sowie „Robotik und Automation“ oder „Eingebettete Systeme und Mikrorobotik“. „Diese sind jedoch eher etwas für Leute, die schon sehr genau wissen, wohin die Reise gehen soll“, gibt der Berufsberater zu bedenken.

Ähnlich vielfältig wie die Studiengänge sind die möglichen Anforderungen, die an die spätere Berufstätigkeit geknüpft sind. „Dies variiert sehr“, sagt Bernd Lienstädt. Je nachdem ob jemand nach dem Abschluss in Forschung und Entwicklung tätig werden oder etwa Aufgaben im Vertrieb übernehmen möchte. „Von allen wird grundsätzlich ein lösungsorientiertes Denken erwartet. Besonders auf Kreativität kommt es in Bereichen wie dem Produktdesign an, wo Erkenntnisse aus der Bionik immer häufiger zur Anwendung kommen.“

Chancen für Ingenieure und Naturwissenschaftler

Und wie sieht es mit den Arbeitsmarktchancen für Absolventen aus? Konkrete Zahlen dazu gibt es zwar (noch) nicht, denn „Berufe mit Bionik, Robotik oder Nanotechnik werden nicht explizit in den Arbeitsmarktstatistiken ausgewiesen“, erklärt Ralf Beckmann vom Team Arbeitsmarktberichterstattung der Bundesagentur für Arbeit. „Anwendungsorientierte Tätigkeiten sind aber am ehesten bei den Ingenieurberufen zu finden.“ Die Statistik umfasst die Bereiche Maschinen- und Fahrzeugtechnik, Mechatronik, Energie- und Elektrotechnik sowie Forschung, Entwicklung, Konstruktion und Produktion. Hier ist die Zahl erwerbstätiger Ingenieurfachkräfte deutlich gestiegen: So waren 2014 rund 747.000 Erwerbstätige als Experten in den genannten Tätigkeitsfeldern zu finden.

Ähnlich sieht es bei den in Deutschland tätigen Naturwissenschaftlern – Chemikern, Physikern, Mathematikern, Biologen, Geowissenschaftlern – aus. Ihre Zahl hat sich in den vergangenen Jahren stetig erhöht. „Die Hochrechnungen des Statistischen Bundesamtes wiesen 2014 insgesamt rund 495.000 Erwerbstätige mit einem naturwissenschaftlichen Hochschulabschluss aus“, ergänzt Ralf Beckmann. „Im Zehn-Jahresrückblick ist die Erwerbstätigkeit damit um ein Drittel gestiegen.“
Die Arbeitslosigkeit hingegen befindet sich in den meisten Fachrichtungen auf einem niedrigen Niveau, auch wenn es 2015 wiederholt einen leichten Anstieg der Arbeitslosenzahl gab.

Weitere Informationen

BERUFENET

Das Netzwerk für Berufe der Bundesagentur für Arbeit mit über 3.000 ausführlichen Beschreibungen in Text und Bild (Suchworte z.B. Bionik, Nano, Robotik)
www.berufenet.arbeitsagentur.de

studienwahl.de

Infoportal der Bundesländer in Kooperation mit der Bundesagentur für Arbeit. Hier kannst du im „Finder“ nach Studiengängen in ganz Deutschland suchen.
www.studienwahl.de

Verein Deutscher Ingenieure (VDI)

www.vdi.de

Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI)

www.dfki.de

Forschungsgemeinschaft Bionik-Kompetenznetz (BIOKON)

www.biokon.de

Deutscher Verband Nanotechnologie

www.dv-nano.de

Deutsche Gesellschaft für Robotik

www.robotik-deutschland.de

Forschungszentrum Jülich

www.fz-juelich.de

abi>> 07.11.2016

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