Fraunhofer-Institut für Elektronische Mikrosysteme und Festkörper-Technologien EMFT
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Vision-Language-Action Models für intelligente Serviceroboter

Autonome Servicerobotik wird zunehmend zum entscheidenden Faktor für sichere, effiziente und flexible Prozesse in Industrie, Infrastruktur und kritischen Einsatzumgebungen. Multimodale Ansätze kombinieren hierfür Bildgebung, dezentrale Sensorik und intelligente KI-Modelle zu robusten Systemen, die auch unter schwierigsten Bedingungen zuverlässig arbeiten – von Gegenlicht über Staub bis zur Vibration. Das Fraunhofer EMFT entwickeln ganzheitliche Systeme für 3D-Umgebungserfassung, autonome Navigation, Gefahrenüberwachung und flexible Servicerobotik in extremen Umgebungen – angetrieben durch KI-basierte Vision-Language-Action (VLA) Modelle.

Technologische Säulen

Multimodale Sensorfusion: Mehr als nur Bildinhalte kombinieren

Das Fraunhofer EMFT setzt auf systematische Fusion heterogener Sensordatenströme. Wir integrieren:

  • Visuelle Kanäle: RGB-, NIR-, ToF-, Stereo- und Polarisationskameras
  • Non-visuelle Sensoren: IMUs, Ultraschall-, Radar- sowie physikalische Sensoren
  • Synchronisation & Software-basierte Kalibrierung: Hardwarenahe Timestamping-Mechanismen und KI-Methoden

Das Resultat: Ein konsistenter, zeitlich abgestimmter Multimodalitätsstrom – die Grundlage für zuverlässige Entscheidungsfindung auch unter schwierigen Bedingungen.

Dezentrale Sensorik und mobile Plattformen

Für Inspektions- und Rettungseinsätze entwickelt das Fraunhofer EMFT dezentrale Sensornetzwerke mit:

  • Eigenständige Energieversorgung (Batterie, Energieernte)
  • Lokaler Edge-AI-Chip für verteilte Verarbeitung
  • Bidirektionale Kommunikation und Echtzeit-Vernetzung
  • Kontinuierliche Umweltdatenerfassung (Gase, Temperaturgradienten, Geräuschspektren)

Der Roboterarm kann so Risikozonen erkennen, meiden oder gezielt analysieren – intelligent und adaptiv.

Vision-Language-Action (VLA): KI als „Gehirn" der Robotersysteme

VLA-Modelle verbinden multimodale Sensordaten mit semantischem Verständnis von Aufgaben und Umgebung. Sie bestehen typischerweise aus drei gekoppelten Komponenten:

Vision-Encoder

Vision-Encoder extrahieren semantische Merkmale aus Bilddaten und erzeugen Embeddings für Objekte, Szenen und Beziehungen

Language-Encoder

Language-Encoder verarbeitet natürliche Spracheingaben (z. B. „Greife das rote Bauteil links vom Kabelbaum“) über kleine, effiziente LLMs auf dem Edge-Gerät.

Action-Decoder

Action-Decoder generiert aus dem Joint Embedding konkrete Steuerbefehle (z. B. Zielposition, Greifkraft, Bewegungsprofil) für die Roboterkinematik.

Anwendungsfelder & praktische Umsetzung

Die Kombination aus multimodale Sensorik und Vision-Language-Action Models ermöglicht neue, zukunftsweisende Szenarien:

© Fraunhofer EMFT/ Adobe Stock

Autonome Inspektion von Brücken, Tunneln und Kraftwerken: 3D-Kartierung, Riss- und Korrosionserkennung per Multispektral- und Thermokamera, Sprachassistent zur Echtzeitberichterstattung an den Operator.

© Fraunhofer EMFT/ Adobe Stock

Servicerobotik in Kläranlagen, Bergbau und Brandbekämpfung: Gas- und Partikelsensoren sichern den Betrieb; VLA steuert Greifer adaptiv basierend auf visueller und sprachlicher Kontexterkennung.

© Fraunhofer EMFT/ Isabel Menzietti

Intelligente Demontage: Roboter identifiziert Bauteile und zerlegt Anlagen vollautomatisch und sortenrein ohne manuelles Eingreifen.

© Fraunhofer EMFT/ Isabel Menzietti

Cobots mit natürlicher Sprachsteuerung: „Hebe das Teil an, ich muss es fixieren" – verknüpft mit 3D-Umfeldmodell und intelligenter Greiferkontrolle, sodass eine Kollaboartion zwischen Mensch und Roboter entsteht.

Technologietransfer für intelligente Serviceroboter

Das Fraunhofer EMFT unterstützt Sie bei der Entwicklung von Servicerobotern mit Vision-Language-Action-Modellen – von der Machbarkeitsstudie bis zum marktfähigen Prototypen. Durch etablierte Partnerschaften mit führenden Roboterherstellern, KI-Instituten und Bundesministerien erhalten Sie Zugang zu Fördermitteln, beschleunigten Marktzugang und reduziertes Entwicklungsrisiko. Wir begleiten die Validierung und Skalierung Ihrer VLA-basierten Roboterlösung.

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