Piezohydraulische Aktuatoren für die nächste Generation humanoider Gliedmaßen

10. August 2026

Aktuatoren als kritischer Werttreiber

Eine aktuelle Studie von Roland Berger (Humanoid Robots 2026 – The Convergence Moment for a New Market) liefert eine eindeutige Kernaussage: Aktuatoren sind das mit Abstand wichtigste Teilsystem in humanoiden Robotern. 

Sie bestimmen Kraftdichte, dynamische Performance und Energieeffizienz – und damit maßgeblich die Gesamtkosten eines Systems. Aktuell entfallen über 50 % der Gesamtkosten eines Humanoiden auf die Antriebstechnik.

Diese Zahl verdeutlicht zweierlei: Zum einen die technische Komplexität, die in der Aktuatorik steckt. Zum anderen das erhebliche Marktpotenzial, das sich daraus für die Lieferkette ergibt.

Während in Bereichen wie Rechenleistung, Kamerasystemen und Batterietechnik bereits ausgereifte Lösungen existieren, steht die Antriebstechnik an der Schwelle zu einem grundlegenden technologischen Umbruch. Die zentrale Frage lautet nicht mehr, ob ein Antriebssystem grundsätzlich funktioniert, sondern ob es zuverlässig, kosteneffizient und im industriellen Maßstab betrieben werden kann.

Der Mensch als technischer Maßstab

Der menschliche Körper bleibt der Referenzpunkt, an dem sich jede humanoide Antriebstechnologie messen lassen muss – mit rund 650 Muskeln, die als dezentrales Multiaktorsystem zusammenwirken. Bemerkenswert ist dabei das Verhältnis von Kraft zu Energiebedarf: Eine menschliche Hand benötigt für ihre Bewegungen lediglich 5 bis 15 Watt.

Heutige Humanoide Roboter orientieren sich meist an einem gegenteiligen Prinzip: möglichst wenige, dafür leistungsstarke Antriebe. Dabei folgt die Struktur des menschlichen Körpers einer fundamental anderen Logik.

Ein humanoides Antriebssystem, das dem menschlichen Vorbild gerecht werden soll, muss folgende Anforderungen erfüllen:

• die Fähigkeit, eine hohe Anzahl an Freiheitsgraden gleichzeitig anzusteuern und präzise zu regeln,
• eine robuste, gleichzeitig taktile und nachgiebige Reaktion auf äußere Einflüsse, analog zum menschlichen Bewegungsapparat,
• sowie einen hohen Wirkungsgrad, um Gewicht und Energieverbrauch zu minimieren.

Eine Analyse gängiger Antriebstechnologien zeigt: Keine davon erfüllt diese Anforderungen vollständig. Quasi Direct Drives werden bei hohem Kraft- oder Geschwindigkeitsbedarf zu groß, schwer und energieintensiv. Hochübersetzte Antriebe weisen aufgrund der hohen Getriebeuntersetzung eine unzureichende Rücktreibbarkeit auf – ein entscheidender Nachteil für die geforderte Nachgiebigkeit. Series/Parallel Elastic Actuators sowie Aktuatoren mit variabler Steifigkeit gelten als vielversprechende Forschungsansätze, sind jedoch in der Ansteuerung komplex und noch nicht industriell einsatzreif; bei Variable Stiffness Actuators kommt zudem ein zusätzlicher Antrieb pro Gelenk hinzu, was Kosten und Gewicht entsprechend erhöht.

naXture: Zwei technologische Stärken in einer Plattform

An dieser Stelle setzt unsere Antriebsplattform naXture an. Sie orientiert sich am Funktionsprinzip des menschlichen Muskels und schließt damit eine zentrale technologische Lücke in der Antriebstechnik für humanoide Roboter.

Die Basis bildet ein Piezostack, wie er aus der Präzisionsaktorik bekannt ist: hohe Dynamik, außergewöhnliche Kraftdichte und eine hohe Linearität zwischen elektrischer und mechanischer Wirkungsweise. Die typische Limitierung klassischer Piezoaktoren – geringer Hub bei hoher Empfindlichkeit – lösen wir durch die Integration von Mikrofluidik: Einzelne Hübe werden einfach aufsummiert und erzeugen damit eine quasi kontinuierliche Bewegung.

Das resultierende System zeichnet sich aus durch:

• hohe Dynamik,
• eine reflektierte Trägheit nahe null,
• integrierte Kraftsensorik durch die Festkörpereigenschaften,
• hohe Robustheit,
• sowie die Möglichkeit, Sicherheitsfunktionen bereits hardwareseitig über passive Federrückstellung bzw. einfach regelbare Impedanz ohne hohen Energiebedarf zu realisieren.

Grundlage dafür ist ein modularer Baukasten, der die Auslegung von Systemen nach dem Prinzip elektrischer Schaltungen ermöglicht: Individuell regelbare Druck-/Flussquellen werden mit fluidischen Bauelementen – etwa Transistoren, Dioden oder Widerständen – kombiniert, um die jeweils gewünschte, kundenspezifische Funktion zu realisieren. Auf dieser Basis lassen sich Aktuatoren gezielt konfigurieren und beispielsweise als Agonist-/Antagonist-Paar ansteuern, wie es auch im menschlichen Körper vorkommt: Öffnet ein Aktuator, gibt der zweite passiv nach, ohne dass eine aktive Regelung erforderlich ist. Werden beide Aktuatoren gleichzeitig angesteuert, entsteht eine gezielte Versteifung; im inaktiven Zustand bleibt die Impedanz minimal  – bzw. genau auf dem Niveau, das benötigt wird, um einen Basiszustand des Humanoiden sicherzustellen.

Anwendungsfelder: Hand, Fuß und Wirbelsäule

Ein besonders anschauliches Beispiel ist die Hand – ein hochkomplexes Multiaktorsystem, bei dem sich der Einsatz unserer Aktuatoren besonders gut vorstellen lässt. Die Anforderungen – hohe Robustheit, taktile Empfindlichkeit und die effiziente Integration mehrerer Aktuatoren in einer Lösung bei einem Leistungsbedarf von wenigen 10 Watt – zeigen exemplarisch, warum naXture hier eine vielversprechende Antwort bieten könnte.

Vergleichbare Anforderungen bestehen bei der Fußaktuierung, wo Waden- und Schienbeinmuskulatur im menschlichen Vorbild ebenfalls als Agonist-/Antagonist-Paar zusammenwirken. Hier ist vor allem eine schockresistente Aktuierung mit einstellbarer Impedanz gefragt.

Ein besonders vielversprechendes, zunehmend diskutiertes Anwendungsfeld ist die humanoide Wirbelsäule. Hier lassen sich integrierte Aktuatoren direkt in skalierbare Wirbel-Einheiten realisieren – ein hochintegriertes Multiaktorsystem, das menschenähnliche Bewegungsabläufe ermöglicht. In diesem Bereich sehen wir mit unserer Plattform ein besonders großes Entwicklungspotenzial.

Fazit

Die Ausgangsfrage des Vortrags bleibt aktuell und richtungsweisend: Könnten piezohydraulische Antriebe tatsächlich die nächste Generation humanoider Gliedmaßen bewegen? Wir sind überzeugt: naXture wird zu einem Schlüsselelement der humanoiden Robotik werden – von der industrietauglichen, taktilen Hand über den schockresistenten Fuß bis zur präzise steuerbaren Wirbelsäule.

Als Partner der Robotik-Branche arbeiten wir daran, diese ambitionierten Projekte gemeinsam mit unseren Kunden Realität werden zu lassen.

Hand, Fuß und Wirbelsäule von morgen – möglich mit naXture.