Von der Idee in die Praxis

Ein Beispiel für physische bzw. hochintegrierte KI liefert Festo mit seiner Ventilinsel-Plattform VTUX und ihren „VTUX Digital Functions“. Sie wurde zur Hannover Messe 2026 als die weltweit erste Ventilinsel mit Embedded AI vorgestellt. Mithilfe von KI lässt sich dabei das Druckverhältnis so regeln, dass Kraft, Energieverbrauch und Zykluszeit optimiert werden. „Damit können wir zum einen den Energiebedarf um 40 % bis 50 % reduzieren und zum anderen Geräusche und Vibrationen verringern. Das wirkt sich wiederum positiv auf die Lebensdauer der Mechanik aus“, sagt Prof. T. Smetana. In die zugrunde liegenden Machine-Learning-Algorithmen fließt dabei das langjährige Pneumatik-Know-how der Festo-Experten ein. 

Als weiteres spannendes Feld thematisiert Prof. T. Smetana die ­Positionserkennung eines Zylinders ohne zusätzliche Posi­tionssensoren. Hierzu speist die Ventilinsel minimale Druck­impulse in den zum Zylinder führenden Schlauch ein. Aus der Rückmeldung und der Korrelation zwischen dem eingeschlossenen Luftvolumen sowie dem eintreffenden Antwortsignal lässt sich auf die Position schließen. „Wir nutzen die Druckluft und den Schlauch quasi als Informationsübertrager“, beschreibt er den Ansatz. „Das ist eine pfiffige Lösung: Wir können zusätzliche Sensorik und Leitungen einsparen. Zudem ergibt sich ­daraus für uns ein Wettbewerbsvorteil: Wir können beliebige Zylinder im Brownfield an unsere Insel anschließen und die Anlage dadurch optimieren.“

Beide Beispiele belegen, was Prof. T. Smetana eingangs mit der Verbindung von Hardware und Erfahrung meinte. Gleichzeitig wird die Neuausrichtung des Geschäftsmodells eines klassischen Automatisierungsprodukts deutlich: Die Ventilinsel wird zur Hardwareplattform, auf der sukzessive neue Funktionen ­bereitgestellt werden können: Smart Switching, Endlagen- und Positionserkennung sowie später weitere Energieoptimierungsalgorithmen. „Wir nutzen unsere Ventilinsel im Grunde wie ein Smartphone – die Apps kommen oben drauf“, so Prof. T. Smetana. Und noch viel wichtiger: „Die Evolution der Pneumatik findet in Zukunft zunehmend über Software statt.“ 

Die bei der Ventilinsel entwickelten Prinzipien überträgt Festo auch auf andere Technologiefelder, zum Beispiel auf die Fluidik und die elektrische Antriebstechnik. Bei einem elektrischen Aktuator kann eine KI-basierte Regelung beispielsweise dafür sorgen, dass der Motor stets möglichst nah am optimalen ­Betriebspunkt arbeitet. Entscheidend ist für den Visionär, den Bewegungsablauf exakt auf die jeweilige Anwendung zu optimieren. „Welche Zielgröße dabei im Vordergrund steht, legt der Kunde fest, beispielsweise Akustik, Energieeffizienz oder Geschwindigkeit. Unsere Aufgabe ist es, dem Produkt die Fähigkeit zu geben, sich darauf selbst zu optimieren.“

Rund um das Thema physische KI möchte Prof. T. Smetana noch ein weiteres Applikationsfeld erschließen: multifunktionale Manipulatoren für humanoide Roboter. Dabei kann er sich ­neben einer einfacheren und robusten Lösung für den indus­triellen Einsatz auch ein auf den Haushalt zugeschnittenes Angebot vorstellen. 

Pneumatik als Königsdisziplin

Interessant ist, dass Festo mit dem Thema physische KI in der Pneumatik startet. Prof. T. Smetana gibt schmunzelnd zu: „Pneumatik ist definitiv die Königsdisziplin.“ Dort sieht er allerdings einen wichtigen Hebel: „Pneumatik ist schnell, kompakt und vergleichsweise kostengünstig, hat aber Nachteile bei der Energieeffizienz.

Elektrische Antriebe punkten wiederum bei der Effi­zienz, sind aber häufig teurer und weniger kompakt.“ Warum also beide Welten gegeneinanderstellen? „Wir haben uns vorgenommen, die Pneumatik deutlich energieeffizienter auszu­legen. Und auf der anderen Seite wollen wir elektrische Komponenten kompakter und günstiger anbieten.“ Darin liegt für ihn eine weitere Bedeutung von Seamless Automation: nicht nur möglichst viele Technologien anzubieten, sondern deren jeweilige Nachteile durch Intelligenz und Integration zu verringern.

Das Brownfield wird zur KI-Frage

Neben Pneumatik, Elektrik und Fluidik gibt es bei Festo eine vierte Säule: Smart Motion. In ihr werden Sensorik, Remote IO, Controls, Software und digitale Services gebündelt. Vor allem die Smart Technologies möchte Prof. T. Smetana ausbauen. Sein Fokus: Wireless Communication. Er begründet: „Es gibt weltweit eine immense Anzahl an Brownfield-Anlagen, aber lediglich 30 % bis 40 % von ihnen sind optimal automatisiert; ihr Digitalisierungsgrad liegt sogar noch darunter. Bei diesen lautet die Frage: Wie gelangen Betreiber an die relevanten Daten, ohne die Verkabelung komplett neu aufsetzen zu müssen?“ Wireless Communication kann aus seiner Sicht dazu beitragen, auch Bestandsmaschinen für Analyse und KI-basierte Optimierung einfach zugänglich zu machen.