White Paper: Single Pair Ethernet (SPE) für das interne Netzwerk humanoider Roboter

Wie werden humanoide Roboter künftig intern vernetzt? Antworten darauf liefert das neue White Paper der Single Pair Ethernet System Alliance, an dem auch Stefan Gianordoli, Head of Global Product Development Wires bei GG Group, als Co-Autor mitgewirkt hat.

Autoren: Kristen Mogensen (Texas Instruments), Carlo Salata (Canvatech), Thomas Keller (Rosenberger), Uwe Günther (Renesas), Simon Huber (Rosenberger), Alexander Mozgovenko (CAST), Marco Chen (Murata Electronics), Stefan Gianordoli (GG Group), Dr. Ales Markytan, Dr. Dieter Gross (Murata Electronics / EBV Elektronik), Tianhai Yang(Zhaolong), Ulrich Graf Jie Le (Weidmüller Group).

Das vollständige White Paper der Single Pair Ethernet Alliance "Single Pair Ethernet (SPE) for Humanoid In-Robot Network" finden Sie auch hier zum Download (auf Englisch).

Inhalt

• Einleitung
• Entwicklung der Robotik
• Spezifische Herausforderungen und Anforderungen humanoider Roboter
• Internes Netzwerk humanoider Roboter und Argumente für SPE
• Zusammenfassung

Einleitung

Marktprognose

Angesichts des wachsenden Interesses, zahlreicher neuer Marktteilnehmer und Start-ups sowie hoher Risikokapitalinvestitionen gilt der Markt für humanoide Roboter bis 2030 sowohl aus optimistischer als auch aus realistischer Sicht als große Chance. Goldman Sachs Research prognostiziert für 2035 ein weltweites Marktvolumen von 38 Milliarden US-Dollar, was möglicherweise zu optimistisch ist. Andere Prognosen, etwa von Interact Analysis, zeichnen ein ausgewogeneres Bild. Siehe Abbildung 1.

Abbildung 1: Weltweite Auslieferungen humanoider Roboter nach Szenarien

Markttreiber

Zu den wichtigsten Treibern zählen Large Language Models (LLM), Large Behavior Models (LBM), Vision Language Action Models (VLA), Agentic and Embodied AI, demografischer Wandel und alternde Gesellschaften, Arbeitskräftemangel, die Übernahme repetitiver oder gefährlicher Arbeiten sowie sinkende Kosten in Verbindung mit einer schnellen Amortisation.

Entwicklung der Robotik

Historische Entwicklung

Die Entwicklung führt von Industrierobotern über Cobots, autonome mobile Roboter (AMR), fahrerlose Transportsysteme (AGV) und Servicerobotik bis hin zu humanoiden Robotern.

Warum humanoide Roboter?

Humanoide Roboter sind als eine Art mechanischer Zwilling des Menschen gedacht. Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass sie durch die Aufzeichnung menschlicher Arbeit und Aktivitäten trainiert werden können. Sie sind intelligent und kognitiv, arbeiten in für Menschen gestalteten Umgebungen, verstehen Text und Sprache einschließlich Sprachbefehlen, lassen sich vielseitig einsetzen und können Werkzeuge handhaben. Vorgesehene Anwendungen sind unter anderem variantenreiche Fertigung mit kleinen Stückzahlen, Reparatur und Wartung, proprietäre Skill-Updates über Funk sowie Anwendungen im privaten und häuslichen Umfeld.

Humanoide Roboter erfordern einen neuen Ansatz

Humanoide Roboter unterscheiden sich deutlich von bisherigen Robotertypen und benötigen daher einen neuen Ansatz.

Vergleich: Industrie- und humanoide Roboter

Kriterium	Industrieroboter (Arm)	Humanoider Roboter
Marktteilnehmer	Seit Jahrzehnten etabliert	Neue Unternehmen und Start-ups
Marktdynamik	Gering, langsam	Hoch, sehr schnell
Achsen/Freiheitsgrade	Typisch sechs plus Greifer/Werkzeug	Bis zu 72+, einschließlich geschickter Hände
Übergeordnete Steuerung	SPS mit Kinematik- und Bewegungsmodell	KI-Robotikcomputer mit Foundation Model; stabile Fortbewegung, Sprache und geschickte Manipulation
Protokolle der Feldebene	PROFINET®, EtherCAT®, EtherNet/IP®, POWERLINK, Sercos III, CC-Link	CAN/CAN FD, EtherCAT®, PROFINET®, EtherNet/IP® und TSN
Sensorik	Gelenkpositionen und Roboterzustand	Zusätzlich Kraft/Drehmoment, Kameras, Radar, Lidar, Ultraschall, taktile Sensoren, IMU und Mikrofone
Mensch-Roboter-Interaktion	Keine Interaktion, geschützter Bereich	Direkte Zusammenarbeit mit Menschen und anderen Maschinen
Flexibilität	Definierte, programmierte Einzelaufgabe	Hohe Flexibilität, Reinforcement Learning, Sim2Real und Werkzeugnutzung
Kosten	Hoch	Hoch, jedoch rasch sinkend; Zielgröße etwa 20.000 USD
Funktionale Sicherheit	Definiert	Noch nicht abschließend definiert; Übernahme von Cobot-Konzepten
Systemarchitektur	Offene und geschlossene Systeme	Überwiegend geschlossenes System

Spezifische Herausforderungen und Anforderungen humanoider Roboter

Leicht und leistungsstark

Humanoide Roboter müssen Masse und mechanische Leistung ausbalancieren und ein hohes Verhältnis von Spitzenleistung zu Gewicht erreichen. Moderne Systeme sollen Lasten von mehr als 25 kg tragen und zugleich beweglich und langlebig bleiben. Elektromotoren einschließlich Getriebe für Robotergelenke benötigen Drehmomente von bis zu 300 Nm. Leichtbaumaterialien wie Magnesiumlegierungen und Kohlefaserverbundwerkstoffe reduzieren die Trägheitslast, ohne die strukturelle Festigkeit zu beeinträchtigen.

Demonstrationen mit Vorwärts- und Rückwärtssaltos sowie Veranstaltungen wie der Halbmarathon für humanoide Roboter in Peking im April 2025 und die ersten World Humanoid Robot Games im August 2025 zeigen Fortschritte bei Aktorik, Ausdauer, Beweglichkeit, Manipulation und Echtzeitregelung. Solche Belastungstests erfordern robuste Fehlerbehandlung und wiederholbaren Betrieb unter Stress, beides entscheidend für industrielle und dienstleistungsbezogene Anwendungen.

Thermomanagement in dicht integrierten mechatronischen Systemen

Drehmomentstarke Aktoren, kompakte Gelenkmodule und leistungsdichte KI-Rechner erzeugen in einem humanoiden Körper erhebliche Wärmelasten. Ohne gezieltes Thermomanagement sinkt die Effizienz, die Lebensdauer elektronischer Komponenten verkürzt sich und Leistungsreduzierungen oder Notabschaltungen können kritische Aufgaben unterbrechen. Moderne Konzepte nutzen Aluminiumgehäuse, interne Wärmeverteiler, kompakte Gleichstromlüfter und gerichtete Luftkanäle, insbesondere in Rumpf, Oberschenkeln und Kopf. Für den industriellen Dauerbetrieb sind maximale Sperrschichttemperaturen, zulässige Temperaturanstiege bei Spitzenlast und das Zusammenspiel von Temperatursensoren und Steuerungssoftware festzulegen. Thermische Grenzen beeinflussen Bauteilpositionierung, Querschnitte der Gliedmaßen, Aktorauswahl, Belüftung, Gehäusedesign und Geräuschentwicklung.

Batterietechnologie

Die Batterietechnologie bestimmt Flexibilität und Einsatzdauer. Mehrere Stunden Betrieb pro Ladung gelten als Grundanforderung. Dafür kommen Lithium-Ionen-Zellen mit hoher Energiedichte und künftig Festkörperzellen zum Einsatz. Automatische Ladestationen und im Betrieb austauschbare Batteriemodule ermöglichen nahezu kontinuierlichen Betrieb in Logistik, Fertigung oder Gesundheitswesen. Batteriemanagementsysteme koordinieren Last, Temperatur und vorausschauende Wartung. Schnellladeverfahren verkürzen Stillstandszeiten. Halbflexible und besonders flache Zellformate werden für neue Robotergenerationen erprobt. Batterie- und Systemdesign müssen eng aufeinander abgestimmt werden, wenn autonome Einsatzdauer und Missionslänge steigen.

Räder oder zweibeinige Fortbewegung?

Räder sind in vorhersehbaren Umgebungen wie Lagern oder Fabriken effizient und schnell und vereinfachen die Navigation auf ebenen Flächen. Zweibeinige oder mehrbeinige Systeme sind energieintensiver und mechanisch komplexer, können jedoch Treppen, unebenes Gelände und Hindernisse in menschengerechten Umgebungen bewältigen. Hybride Plattformen wie Hexagon AEON kombinieren Beine und Räder und wechseln je nach Gelände oder Aufgabe den Modus. Die Wahl hängt vom Anwendungsfall ab; beide Varianten werden in kommerziellen und wissenschaftlichen Anwendungen nebeneinander bestehen.

Leistungsfähige KI-Rechner bei geringem Energieverbrauch

Das Herz moderner humanoider Roboter ist ein Rechensystem, das anspruchsvolle KI-Modelle in Echtzeit und mit geringem Energieverbrauch ausführt. Relevante Kennzahlen sind TOPS und TOPS pro Watt für Inferenz am Rand des Netzwerks sowie ausreichend Arbeitsspeicher und Massenspeicher für Foundation Models. Im Ökosystem werden unter anderem NVIDIA Jetson Orin und Jetson Thor eingesetzt. Large Behavior Models (LBMs), Vision Language Action Models (VLAMs) wie NVIDIA GR00T oder Google Gemini Robotics sowie spezialisierte Architekturen wie Figure AI Helix verbinden Wahrnehmung und Handlung. Sie unterstützen Reinforcement Learning, Imitation Learning, Teleoperation und Sim2Real-Techniken. Dafür sind robuste Speicherung, schnelle lokale Verarbeitung und Selbstoptimierung innerhalb der Grenzen der Bordbatterie erforderlich.

Funktionale Sicherheit und effizienter Betrieb

Funktionale Sicherheit setzt wesentliche Grenzen für die Systementwicklung. Der Betrieb muss effizient und inhärent sicher sein und Menschen sowie Umgebung schützen. Cloud- und Edge-Architekturen unterstützen die Flottenkoordination. Positions- und Näherungserfassung kann sowohl "inside-out" durch den Roboter als auch "outside-in" durch Umgebungssensoren oder Beacons erfolgen. Ein Not-Halt muss den Roboter unabhängig von der laufenden Bewegung sofort in eine stabile, nicht schädigende Position bringen. Sicherheitskonzepte umfassen die Echtzeitreaktion auf Sensorfehler, vorausschauende Fehlerüberwachung und sichere Rückfallebenen. Bei direkter Zusammenarbeit sind einschlägige internationale Normen wie ISO 10218 und ISO/WD 25785-1 zu berücksichtigen.

Große Anzahl an Sensoren

Humanoide Roboter benötigen viele verteilte Sensoren und Sensorarrays, um ihren eigenen Zustand und die Umgebung präzise zu erfassen. Dazu gehören Gelenkpositionsgeber, Kraft- und Drehmomentsensoren, Multispektralkameras, Abstandssensoren, taktile Arrays, Beschleunigungssensoren beziehungsweise IMUs und Mikrofone. Die heterogenen Daten müssen in Echtzeit erfasst und fusioniert werden. Zentrale Architekturen auf Basis schneller FPGAs oder kundenspezifischer ASICs verarbeiten dabei Datenmengen im Gigabyte-Bereich pro Sekunde. Sensorfusionsalgorithmen müssen Latenz minimieren und Zuverlässigkeit maximieren. Verbesserte Tastsensoren und 3D-Wahrnehmung durch Lidar-Kamera-Fusion erweitern Manipulations- und Erkundungsfähigkeiten.

Große Anzahl an Aktoren

Ein humanoider Roboter integriert typischerweise 50 bis 80 lineare und rotatorische Aktoren. Gelenkmodule werden zunehmend integriert, modular und größenoptimiert ausgeführt. Hierarchische Steuerungsarchitekturen ermöglichen deterministische Echtzeitbetätigung für jeden Freiheitsgrad und verbessern Geschwindigkeit und Präzision. Gleichzeitig müssen unerwünschte Schwingungen, Geräusche und mechanische Wechselwirkungen bei gleichzeitigem Betrieb vieler Aktoren reduziert werden. Deterministische Netzwerke und geschlossene Regelkreise setzen Befehle präzise in Bewegung um und korrigieren Abweichungen dynamisch.

Anforderungen an Verkabelung und Steckverbinder

I/O-Anbindung und interne Verkabelung sind eine wesentliche praktische Herausforderung. Mit steigender Sensor- und Aktorzahl wächst der Bedarf an Leitungen für Energie, Daten und Vernetzung, obwohl Bauraum und Masse begrenzt sind. Ethernet-basierte Steuerungssysteme unterstützen deterministische Kommunikation, robuste Fehlerbehandlung und die Integration heterogener Teilsysteme.

Mechanische Anforderungen

• Millionen Biegezyklen in Robotergelenken
• Torsionsbeständigkeit für rotierende Gelenke wie Handgelenk und Hals
• Kleine Biegeradien bei geringem Bauraum
• Integrierte Zugentlastung zum Schutz der Kontakte

Elektrische Anforderungen

• EMV-geschirmte Leitungen gegen Motor- und Schaltelektronikstörungen
• Schnelle Datenübertragung mit geringer Latenz für Sensor- und Bildverarbeitungssysteme
• Effiziente und zuverlässige Energieübertragung auch unter Umwelteinflüssen

Umweltanforderungen

• Beständigkeit gegen Vibration und Temperaturwechsel
• Abriebfestigkeit innerhalb bewegter Gelenke
• Chemikalienbeständigkeit

Designanforderungen

• Kompakte Abmessungen bei eingeschränktem Einbauraum
• Hybride Lösungen für Daten und Energie in einem Steckverbinder beziehungsweise Kabel

Geschickte Handmanipulation

Trotz großer Fortschritte bei der Fortbewegung bleibt die geschickte Handmanipulation eine der schwierigsten Aufgaben der humanoiden Robotik. Hände mit vielen Freiheitsgraden, beispielsweise die 24-DoF-Hand von Shadow Robot, ermöglichen feinfühlige Kontrolle, verursachen jedoch hohe mechanische, sensorische und regelungstechnische Komplexität. Taktile Sensoren in den Fingerspitzen liefern entscheidendes Feedback. Die mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen liegt bei solchen Händen häufig unter 100 Stunden. Modulare servoelektrische Hände, etwa von Schunk, verbessern Austauschbarkeit und Anpassungsfähigkeit, lösen aber Haltbarkeit und Steuerungsintegration noch nicht vollständig.

Internes Netzwerk humanoider Roboter und Argumente für SPE

Technologieübernahme aus der Automobilindustrie

Die Automobilindustrie ersetzt traditionelle Domänenarchitekturen zunehmend durch Zonenarchitekturen. Diese reduzieren die Zahl der Steuergeräte und die Länge der Kabelsätze, verbessern Skalierbarkeit und ermöglichen die Entkopplung von Hardware und Software. Lokale Vorverarbeitung in den Zonen senkt Latenzen und entlastet zentrale Rechner. Gleichzeitig gewinnt 3D-Umgebungssensorik für Fahrerassistenz und automatisiertes Fahren an Bedeutung. Automotive Ethernet dient als einheitliches Kommunikationsrückgrat mit höheren Datenraten und geringeren Latenzen. Das Software-Defined Vehicle ermöglicht Over-the-Air Updates, Feature Activation und flexible Anpassung.

Bewegungssteuerungsarchitektur

Eine Bewegungssteuerungsarchitektur für humanoide Roboter benötigt ein robustes, deterministisches Kommunikationsrückgrat, damit Sensoren, Aktoren und Steuergeräte präzise koordiniert werden.

Sensoranbindung und Migration zu SPE

Sensoren werden traditionell über CAN, LIN oder proprietäre Protokolle angebunden. Für steigende Bandbreiten- und Echtzeitanforderungen ist die Migration zu Single Pair Ethernet ein zentraler Trend. SPE bietet hohe Datenraten, reduziert den Verkabelungsaufwand und ist mit modernen Ethernet-Architekturen kompatibel.

Aktoranbindung und Topologien

• Sterntopologie: Jeder Aktor ist direkt mit einer zentralen Steuerung verbunden. Das bietet geringe Latenz und hohe Zuverlässigkeit, benötigt aber mehr Leitungen.
• Daisy-Chain- beziehungsweise Linientopologie: Aktoren sind in Reihe verbunden. Das reduziert Verkabelung, kann jedoch Latenzen und die Weitergabe von Fehlern erhöhen.

Die Auswahl hängt vom Verhältnis zwischen Verkabelungsaufwand, Fehlertoleranz und Timing-Anforderungen ab.

Energieversorgung: PoDL oder getrennte Leitungen

• Power over Data Line (PoDL): Energie und Daten werden über dasselbe Adernpaar übertragen. Geeignet für Sensoren und Aktoren mit geringer Leistung, im Dokument bis 50 Watt.
• Getrennte Energieversorgung: Für leistungsstarke Aktoren bevorzugt, um Störungen zu vermeiden und eine stabile Versorgung sicherzustellen.

Protokolle für deterministische Kommunikation

Für deterministische Bewegungssteuerung werden EtherCAT®, TSN, PROFINET®, EtherNet/IP® über Ethernet oder CANopen eingesetzt. Sie unterstützen Echtzeitdatenaustausch, Synchronisation und fehlertolerante Kommunikation.

GR00T N1 als Grundlage für vielseitige humanoide Roboter

NVIDIA GR00T N1 ist ein offenes Vision-Language-Action (VLA) Foundation Model, das visuelle Wahrnehmung, Sprachverständnis und Motorsteuerung in einer Architektur zusammenführt. Humanoide Roboter sollen damit ihre Umgebung interpretieren, flüssige Bewegungen ausführen und sich mit geringem Aufwand an neue Aufgaben anpassen.

Dualsystemarchitektur

• System 2, Vision-Language Module: Ein leistungsfähiges Vision-Language Model (VLM) verarbeitet Bilder und natürliche Sprachbefehle und erzeugt kontextbezogene Tokens. Es übernimmt Ableitung und Planung.
• System 1, Diffusion Transformer: Ein hochfrequenter Aktionsgenerator nutzt die VLM-Ausgaben und den Roboterzustand, um flüssige Motoraktionen in Echtzeit zu erzeugen. Er übernimmt die Ausführung.

Beide transformatorbasierten Module werden Ende-zu-Ende mit realen Robotertrajektorien, menschlichen Demonstrationen und synthetischen Szenarien trainiert. Das verbindet übergeordnetes Schlussfolgern mit untergeordneter Regelung.

Abbildung 3: Duale Steuerungsarchitektur für humanoide Roboter mit VLA-Modell und unterschiedlich großen Datenströmen bei unterschiedlichen Verarbeitungsgeschwindigkeiten.

Migration zu SPE für interne Roboter-Netzwerke

Mit zunehmender Komplexität müssen interne Kommunikationsnetze hohe Anforderungen an Echtzeitfähigkeit, Skalierbarkeit und Zuverlässigkeit erfüllen. Herkömmliche Ethernet-Architekturen stoßen bei deterministischer Latenz und Synchronisation an Grenzen. Gerade diese Eigenschaften sind für koordinierte Bewegung und Sensorfusion entscheidend. SPE adressiert diese Anforderungen mit einer kompakten physischen Ebene.

Hochgeschwindigkeits-Schnittstellen: heutige und mögliche künftige Implementierungen

RCP steht für Echtzeit-Kommunikationsprotokolle wie EtherCAT®, PROFINET® und EtherNet/IP®. Abbildung 4 fasst Überlegungen zur SPE-Migration zusammen.

Warum SPE eine zukunftsfähige Lösung ist

SPE kombiniert mechanische, elektrische und konstruktive Vorteile. Die kompakte Ausführung, robuste Signalintegrität und die gleichzeitige Übertragung von Daten und Energie über ein verdrilltes Adernpaar mittels PoDL adressieren Grenzen traditioneller Verkabelung. SPE-Leitungen sind schlanker und leichter als herkömmliche Ethernet- oder Mehraderleitungen.

• Kleinere Biegeradien
• Geringere mechanische Belastung beim Biegen
• Weniger Widerstand in engen Gelenken
• Längere Lebensdauer der Leitungen
• Hohe Packungsdichte
• Datenraten bis in den Multi-Gbit/s-Bereich über ein Adernpaar
• PoDL zur Versorgung von Sensoren und kleineren Aktoren
• TSN-Unterstützung für deterministische Echtzeitregelkreise
• Diagnose über SQI-Messungen zur Bewertung von Kabel- und Steckverbinderqualität

Damit eignet sich SPE für hochdynamische humanoide Roboter und unterstützt skalierbare, zuverlässige und wartungsfreundliche Architekturen.

Kombination aus SPE-Leitungen und kontaktloser Technik

Für kurze Übertragungsstrecken innerhalb dynamischer Baugruppen werden künftig vermehrt kontaktlose Ethernet-Lösungen erwartet. SPE übernimmt die leichte, flexible, echtzeitfähige und EMV-robuste Daten- und Energieübertragung im Gesamtsystem. Kontaktlose Verbindungen vermeiden mechanische Verschleißstellen in stark rotierenden Gelenken und beseitigen Bewegungseinschränkungen. Zusammen reduzieren beide Technologien Gewicht, erhöhen Zuverlässigkeit und Lebensdauer und vereinfachen das Gelenkdesign.

Migrationsstrategie

Bestehende Architektur bewerten

Vorhandene Protokolle wie CAN, klassisches Ethernet und proprietäre Busse erfassen und Engpässe bei Latenz und Bandbreite identifizieren.

SPE-Zonen definieren

Den Roboter in Funktionsbereiche wie Bildverarbeitung, Fortbewegung und Haptik unterteilen und SPE dort vorsehen, wo hohe Geschwindigkeit und geringe Latenz erforderlich sind.

Hardware schrittweise aufrüsten

Bisherige Steckverbinder durch SPE-kompatible Schnittstellen ersetzen sowie SPE-PHYs und TSN-fähige Switches integrieren.

Protokolle ausrichten

Von nichtdeterministischen Protokollen auf TSN-fähige Ethernet-Stacks für synchronisierte Bewegungssteuerung umstellen. Anbieter industrieller Protokolle sollten SPE-PHYs unterstützen.

Test und Validierung

Simulationen und reale Belastungstests einsetzen, um deterministische Leistung unter dynamischen Lasten zu validieren.

Single Pair Ethernet als Nervensystem humanoider Roboter

SPE bietet leichte Konnektivität für leistungsfähige, präzise und skalierbare humanoide Robotik. Das verdrillte Adernpaar bildet ein durchgängiges Kommunikationsrückgrat mit der erforderlichen Bandbreite. Humanoide Roboter verbinden Aktoren, Sensoren und zentrale Intelligenz in einem hochintegrierten System. SPE vernetzt diese Komponenten über eine einheitliche, leichte und leistungsfähige Infrastruktur, vergleichbar mit einem biologischen Nervensystem.

Technische Architektur- und Designempfehlungen

Zentrale Steuerung und TSN

Eine echtzeitfähige zentrale Steuereinheit mit TSN-Unterstützung einsetzen. Empfehlung: TSN-Profile für deterministische Regelzyklen von 4 bis 8 kHz implementieren.

SPE-Switching-Infrastruktur

SPE-Switches mit unterschiedlichen Portgeschwindigkeiten einsetzen. Langsame Sensorports mit Multi-Gigabit-Verbindungen für Bildverarbeitungssysteme kombinieren.

Trennung von Energie und Daten

Aktoren mit hohem Drehmoment benötigen getrennte Energiepfade. SPE ausschließlich für die Datenkommunikation nutzen; Motoren über eigene Leistungsleitungen versorgen.

PoDL für Sensoren

PoDL eignet sich für Geräte mit geringem Energiebedarf. Sensoren und kleine Steuerungen über PoDL versorgen, um die Verkabelung zu vereinfachen.

PoDL-Technik

Für PoDL Induktivitäten mit enger Toleranz von deutlich unter 10 Prozent verwenden. Übliche Toleranzen von 10 bis 20 Prozent können zu Induktivitätsabweichungen, Impedanzsprüngen, Gleichtakt- und Gegentaktwandlung sowie EMV-Problemen führen.

Synchronisation und Echtzeitfähigkeit

Präzise Bewegung erfordert hohe Synchronisationsgenauigkeit. Empfehlung: mehr als 1 kHz, typischerweise 4 bis 8 kHz, über alle Regelkreise hinweg vorsehen.

Künftige Ethernet-Standards

Humanoide Roboter benötigen langfristige Skalierbarkeit und die Unterstützung bestehender Protokollanbieter. Die Empfehlungen ermöglichen eine skalierbare, robuste und zukunftsfähige Architektur auf Basis von Single Pair Ethernet.

Nutzenversprechen von SPE auf einen Blick

• Weniger Gewicht und Bauraum: Dünne SPE-Leitungen reduzieren Masse und Installationsraum.
• Flexible Datenraten: Vom langsamen Sensor bis zum Multi-Gigabit-Bildverarbeitungssystem über ein verdrilltes Adernpaar.
• Skalierbare Vernetzung: Ein Ethernet-basiertes Netzwerk für mehr als 100 Ports im Roboter.
• Deterministische Kommunikation: Hoch synchronisierte Echtzeitregelkreise.
• Hohe Zuverlässigkeit: Weniger Leitungen erhöhen die Haltbarkeit bei dynamischen Bewegungen.

Zusammenfassung

Humanoide Roboter stellen besondere Anforderungen an die interne Kommunikation. Zahlreiche Sensordaten müssen verarbeitet, leistungsstarke Aktoren gesteuert und Echtzeit-KI ausgeführt werden. Gleichzeitig sind Gewicht und Bauraum zu minimieren und die Zuverlässigkeit zu maximieren. Single Pair Ethernet bietet, angeregt durch zonale Fahrzeugarchitekturen mit vereinfachter Knotenstruktur, ein leichtes, skalierbares und deterministisches Rückgrat für interne Roboter-Netzwerke.

In Verbindung mit Time-Sensitive Networking und dem Potenzial von Power over Data Line unterstützt SPE leistungsfähige Sensor-Aktor-Regelkreise und reduziert den Verkabelungsaufwand. Etablierte Echtzeitprotokolle wie EtherCAT®, PROFINET® und EtherNet/IP® eignen sich grundsätzlich für diese Anwendungen und bieten Funktionen für die funktionale Sicherheit. Ihre Anbieter müssen jedoch die anwendungsspezifischen Anforderungen humanoider Roboter berücksichtigen, SPE als physikalische Ebene unterstützen und die Kommunikation in geschlossenen industriellen Systemen ermöglichen. Mit zunehmender Marktreife humanoider Roboter kann SPE zum grundlegenden "Nervensystem" künftiger softwaredefinierter Plattformen werden und Größe, Leistung und Funktionalität ausgewogen verbinden.

Die Technologie der Zukunft

Gemeinsam vorankommen

Die Single Pair Ethernet System Alliance ist ein offenes Konsortium führender Technologieunternehmen und wissenschaftlicher Organisationen aus unterschiedlichen Branchen und Anwendungsfeldern. Hersteller von Sensoren, Kabeln, Steckverbindern, Messgeräten, Halbleitern, Switches und Endgeräten arbeiten gemeinsam daran, SPE-Lösungen für ein breites Anwendungsspektrum zu etablieren.

Mitglied werden

Single Pair Ethernet System Alliance e.V.
De-Saint-Exupéry-Straße 10
60549 Frankfurt am Main
[email protected]
www.singlepairethernet.com
05/2026