Prof. Dr.-Ing. habil. Björn Hein

Vita

Akademischer und beruflicher Werdegang
Seit 2023 – Gründungsmitglied und Sprecher des Instituts für Robotik und Autonome Systeme (IRAS), Hochschule Karlsruhe (HKA); kollegiale Institutsleitung mit Prof. Dr.-Ing. Christian Wurll
Seit Oktober 2018 – Forschungsprofessur (W3) Intelligente Produktion, Hochschule Karlsruhe, Schwerpunkt „Cloud-Robotics“
Okt. 2016 – Apr. 2017 – Vertretungsprofessur (W3) und kommissarische Leitung des Instituts für Prozessrechentechnik, Automation und Robotik (IPR), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Mai 2012 – Sep. 2018 – Shared Professorship (W2) Interaktionstechnologien für Robotersysteme, IPR, KIT, in Kooperation mit der SCHUNK GmbH & Co. KG (2015 mit „sehr gut“ evaluiert)
2002 – 2012 – Gruppenleiter, IPR, Universität Karlsruhe (TH) / KIT; Übernahme der Forschungsgruppe „PaRo – Parallele Roboter“, Gründung der Forschungsgruppe „IIROB – Intelligente Industrieroboter“ (bis zu neun Wissenschaftler)
2010 – Habilitation „Modellbasierte Online-Programmierung für Industrie-Roboter“, KIT
2003 – Promotion „Automatische Offline-Programmierung von Industrierobotern in der virtuellen Welt“, Universität Karlsruhe (TH)
1998 – 2002 – Promotionsstipendium im Graduiertenkolleg „Beherrschbarkeit komplexer Systeme“, IPR, Universität Karlsruhe (TH)
1998 – Diplom Elektrotechnik, Universität Karlsruhe (TH), Vertiefung Regelungstechnik und Robotik

Industrie und Technologietransfer
Seit 2006 – Gesellschafter der GFRT – Fortschrittliche Robotertechnologie GmbH & Co. KG, Karlsruhe (Spin-off des IPR: Kalibrierverfahren und -systeme, Kollisionserkennung, Bahnplanung)
2012 – 2018 – Begleitung der Vorentwicklung bei SCHUNK Mobile Greifsysteme GmbH, Lauffen, im Rahmen der Shared Professorship

Patente
Erteilt: „Intuitive ansichtsbasierte kartesische Robotersteuerung mittels virtueller 3rd-Person-Kamera“ (Anmeldung 2012; S. Notheis, M. Mende, B. Hein)
Erteilt: „Sensormodul, Sensorsystem und Verfahren zum kapazitiven und ortsaufgelösten Detektieren einer Annäherung und Berührung“ (Anmeldung 2015; S. Escaida, H. Alagi, M. Mende, B. Hein)
Angemeldet: „Sortiersystem und Verfahren zum Sortieren von Sortiergut“, WO 2025/172286 A1 (Fraunhofer, HKA, GFRT)

Auszeichnungen Forschung
2025 – Forschungspreis der Hochschule Karlsruhe für das Kooperative Promotionskolleg KATE „Barrierefreiheit durch KI-basierte Assistive Technologien“, gemeinsam mit M. Wölfel, S. Kinkel, A. Laubenheimer und C. Wurll
2023 – Best Paper Runner-up, IAS-18, Suwon, Korea: „Gradient based Grasp Pose Optimization on a NeRF that Approximates Grasp Success“ (G. Sóti, B. Hein, C. Wurll)
2019 – Innovationspreis NEO 2019 „Künstliche Intelligenz für die Arbeitswelten“ (Projekt HoloMed: KI und AR zur Unterstützung von Chirurgen im OP)
2015 – Application Innovation Award „Design of EXO-LEGS Exoskeletons“, CLAWAR 2015, Hangzhou
2013 – Finalist, JTCF Novel Technology Paper Award, IROS 2013, Tokyo: „Methods for Safe Human-Robot-Interaction Using Capacitive Tactile Proximity Sensors“
2011 – Best Paper, Future Computing 2011, Rom: „Evaluation of Seed Throwing Optimization Meta Heuristic in Terms of Performance and Parallelizability“

Auszeichnungen Lehre
2023 und 2024 – HECTOR Teaching Award, 1. Platz, Mastervorlesung Industrieroboterprogrammierung
2017 und 2014 – Beste Wahlvorlesung der KIT-Fakultät für Informatik, „Innovative Konzepte zur Programmierung von Industrierobotern“

Auszeichnungen Industrie und Technologietransfer
2015 – Finalist, Invention and Entrepreneurship Award in Robotics and Automation (IEEE/IFR), Seattle: kollisionsfreie Online-Bahnplanung und Scheduling mehrerer Industrieroboter (Partner: GFRT, Daimler)
2010 – Walter Reis Innovation Award for Robotics, 2. Platz, München: erstmaliger Produktionseinsatz automatischer kollisionsfreier Online-Bahnplanung (Partner: IPR, GFRT, Daimler)
2006 – Preisträger, Invention and Entrepreneurship Award in Robotics and Automation (IEEE/IFR), Peking: Online-Kollisionsvermeidung auf Basis komplexer Geometrien und Kinematikmodelle (Partner: IPR, GFRT, KUKA)

Ämter und Gremien
Seit 08/2026 – Chair des IFAC Technical Committee TC 4.3 Robotics für das Triennium 2026–2029 (zuvor 2017–2023 Vice-Chair, 2023–2026 Deputy-Chair)
2026 – Guest Editor der Journal Option des IFAC World Congress 2026, Busan
2020, 2023, 2026 – Associate Editor, IFAC World Congress
Seit 12/2024 – Gründungsmitglied und Schriftführer im Vorstand des ROBDEKON e.V.
2019 - 2024 – Advisory Board, Fraunhofer-Leitprojekt SWAP
Seit 2006 – Mitglied des AutomationML-Konsortiums (AG Robotik bis 2016), Mitwirkung an der Kinematikdefinition des COLLADA-1.5-Standards
2022, 2023 – Programmkomitee ISR Europe, München
2022 – Workshops Chair, IAS-17, Zagreb; Programmkomitee IMS 2022 (IFAC)
2021 – Workshops Co-Chair, IROS 2021, Prag; Programmkomitee ECMR 2021
2018 – 2022 – (Co-)Organisator der IROS-Workshop-Reihe „Proximity Perception in Robotics“
2018, 2021 – KUKA Round Table R&D
2017 – 2019 – Stellv. Sprecher Robotik im Deutsch-Französischen Institut „Industrie der Zukunft“ (ENSAM/KIT)
2014 – 2018 – Programmkomitee SCHUNK ExpertDays

Gutachtertätigkeiten
Seit 2026 – Gutachter für die AiF Projekt GmbH, Förderprogramm für angewandte Forschung in Bayern
Seit 2017 – Regelmäßiger Gutachter der DFG
2010, 2013 – Gutachter für BMWi-Programme („Autonomik“, „Industrie 4.0“)

Mitgliedschaften
IFAC – International Federation of Automatic Control
IEEE – Institute of Electrical and Electronics Engineers, Robotics and Automation Society (RAS)

Lehre

Lehrveranstaltungen an der Hochschule Karlsruhe (HKA)

Master
Roboterprogrammierung
Cyber-Physical Production Systems

Bachelor
Robotik – Theorie und Praxis
Industrie-Roboter-Programmierung

Weitere Lehrveranstaltungen am Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Innovative Konzepte zur Programmierung von Industrierobotern (Master)
Autonomous Robotics Lab, HECTOR School of Engineering and Management (Master, Blockveranstaltung)

Forschung

Forschungsprojekte an der HKA 

Mai 2025 bis Okt. 2025: TetriSort, Roboterbasierte Tetris-artige Sortierung von Wertstoffen im Recycling, invest-bw, Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus
Inhalte: Ziel der Machbarkeitsstudie ist es zu zeigen, dass durch die Kombination neuartiger und innovativer robotischer Handhabungsmethoden sowie KI-gestützter Objekterkennung und -charakterisierung eine automatisierte und rentable Sortierung der Restströme möglich ist und hohe Recyclingquoten von Leichtverpackungen erreichbar werden. Somit könnte auf ein manuelles Sortieren durch den Menschen in dieser gesundheitsschädlichen Umgebung verzichtet werden.
Forschungsgegenstand: Robotische Handhabungsmethoden in Kombination mit KI-gestützter Objekterkennung und -charakterisierung für die automatisierte Sortierung von Leichtverpackungen im Recycling.
Partner: IOSB

Jan. 2025 bis Jun. 2029: DeepFrame, Dataset Engineering and Evaluation Procedures For Reconstructive neural Architectures with Modal Expandability, BMBF
Inhalte: Robuste und zuverlässige künstliche Intelligenz für die Industrie - In einer zunehmend digitalen Welt gewinnen Verfahren der künstlichen Intelligenz (KI) in industriellen Prozessen zunehmend an Bedeutung. Das Forschungsprojekt DeepFrame zielt darauf ab, die Robustheit, Qualität und Zuverlässigkeit von KI-Systemen zu verbessern, insbesondere in herausfordernden und unerwarteten Situationen.
Forschungsgegenstand: Datenfokussierung: Entwicklung eines interpretierbaren Bewertungssystems zur Beurteilung der Robustheit von KI-basierten Sensorsystemen / Architekturfokus: Entwicklung neuer Modellarchitekturen zur Fusion und Rekonstruktion von Sensordaten. Entwicklung von spezifischen Trainingsprozessen für multimodale Modelle mit maskierten Eingangsdaten.
Partner: VisionTools, Elma Electronic, DE software&control

Dez. 2022 bis Nov. 2026: ROBDEKON II, Robotersysteme zur Dekontamination in menschenfeindlichen Umgebungen, BMBF
Inhalte: Das Kompetenzzentrum »Robotersysteme für die Dekontamination in menschenfeindlichen Umgebungen« ist der Erforschung von autonomen oder teilautonomen Robotersystemen gewidmet, welche dort zum praktischen Einsatz kommen sollen, wo bisher Arbeiten für den Menschen mit einem erheblichen Gefährdungspotential einhergehen. An der HKA werden Robotersysteme und Methoden zur autonomen Erkundung von Gebäudestrukturen und Reinigung kontaminierter Anlagenteile betrachtet.
Forschungsgegenstand: Semantische Modellierung, Semantische Exploration, AR-basierte Interaktion und Konfiguration, Multi-Roboter Setups.
Partner: IOSB, DFKI, KIT, FZI, Götting, KAH, ICP

Okt. 2022 bis März 2027: KATE, Promotionskolleg Zugänglichkeit durch KI-basierte Assistenztechnologien, MWK
Inhalte: Das Ziel des Promotionsprogramms ist es, die Autonomie und Teilhabe von Menschen mit Behinderungen durch den Einsatz von Assistenzsystemen auf Basis Künstlicher Intelligenz (KI) zu verbessern.
Forschungsgegenstand: Interaktive Schulungs- und Assistenzsysteme zur Sturzprävention und Schulung motorischer und kognitiver Leistungen von Personen mit kognitiven/körperlichen Beeinträchtigungen.
Partner: KIT

Jan. 2021 bis Jun. 2025: KI5GRob, Cloud-Computing und 5G als Befähiger für neue Sensortechnologien in der roboterbasierten Produktion und Logistik, BMBF
Inhalte: Für die Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands werden intelligente und autonome roboter-basierte Produktions- und Logistiksysteme eine zentrale Rolle spielen. Die Fusion von Cloudtechnologien und KI mit der Robotik der Produktions- und Logistikwelt gilt als eines der Schlüsselkonzepte für die Umsetzung solcher Systeme. Mittels aktueller erweiterter Cloud-Konzepte in Verbindung mit der 5G Technologie können Cloud und vor Ort agierende Robotersysteme engmaschig und in Echtzeit verzahnt werden.
Forschungsgegenstand: KI-Verfahren, Soft- und Hardwarearchitektur bzw. Kommunikationsinfrastruktur in der Cloud-Robotik (z.B. Control as a Service), Usability
Partner: KUKA Deutschland AG, AAT Automation GmbH, Roboception GmbH, Schmalz GmbH

Jan. 2021 bis Dez. 2021: SyDaVis-AI, Synthetic Data for Vision Systems with AI, Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau
Inhalt: Ziel des Projektes SyDaVis-AI ist es, KI-basierte Bewertungsverfahren von Bildverarbeitungssystemen mittels synthetischer Bilddatengenerierung (Transfer Learning) bereits lange vor Produktionsstart derart trainieren zu können, dass diese sich erfolgreich in der realen Anwendung einsetzen lassen. Die benötigten Trainingsdaten sollen aus vorhandenen CAD-Modellen und zugehörigen Texturen in der Simulation erzeugt werden, um dem Kunden bereits vor Produktionsstart ein validiertes Prüfsystem zur Verfügung stellen zu können. Besonderes Augenmerk wird im Projekt SyDaVis-AI auf die Modellierung der Kamera bzw. der Optik gelegt, welche bisher lediglich in stark vereinfachter Form (Lochkamera) zum Einsatz kommt.
Forschungsgegenstand: Synthetische Datengenerierung in der Bildverarbeitung
Partner: VisionTools, Lensation

Sep. 2017 bis Dez. 2019- Rob-LPI,CAD-basierte Planung robotergeführter Kamerasysteme für großvolumige Inspektionsaufgaben, KMU-Innovativ, BMBF.
Inhalt: Im Ergebnis soll das erste robotergeführte Industrie 4.0-Inspektionssystem konzipiert und entwickelt werden. Das Ziel ist die Entwicklung eines Planungs- und Ausführungssystems für die roboterbasierte Inspektion von großvolumigen Bauteilen. Der Ansatz basiert auf der Nutzung von CAD-Daten der Anlage und der Bauteile samt ihrer möglichen Varianten. Hieraus sollen automatisiert optimale Sensorposition(en), Roboterposition(en) und ein optimaler Ablaufplan zur Erfüllung der vorgegebenen Inspektionsaufgaben ermittelt werden.
Forschungsgegenstand: Bildsynthese für die realitätsnahe Simulation von kamerabasierten Sensoren und Bahnplanung.
Partner: VisionTools GmbH, GFRT GmbH, KIT/IPR

Forschungsprojekte am KIT

Feb. 2018 bis Jan. 2022: ROBDEKON - Robotersysteme für die Dekontamination in menschenfeindlichen Umgebungen
Inhalt: Das Ziel dieses Teilvorhabens des Kompetenzzentrums ist die Entwicklung von autonomen und semi-autonomen Robotersystemen für die Manipulation und Inspektion bei Dekontaminationsaufgaben. Das umfasst die Konzeption und Realisierung dieser Robotersysteme und deren ganzheitlicher Steuerungsarchitektur sowie die Entwicklung von Methoden zur Planung und sensorgestützten Ausführung mobiler und statischer mehrarmiger Manipulationsaufgaben.
Forschungsgegenstand: Steuerungsarchitekturen für autonome und semi-autonome Robotersysteme, Planung und sensorgestützte Ausführung mobiler und statischer mehrarmiger Manipulationsaufgaben.

Feb. 2016 bis Dez. 2020 – SafeLog (Koordinator: Björn Hein), Safe human-robot interaction in logistic applications for highly flexible warehouses, EU-Horizon2020.
Inhalt: Neue Sicherheitskonzepte und Mensch-Maschine-Interaktion in modernen roboterbasierten Warenverteilzentren. Herausforderung sind die Realisierung sicherer überlappender Arbeitsbereiche von Mensch und Robotern, die Planung von Aufträgen für das heterogene System bestehend aus Menschen und Robotern und die Unterstützung des Menschen durch neue Visualisierungs- und Interaktionskonzepte mittels Erweiterter Realität.
Forschungsgegenstand: Mensch-Maschine-Interaktion, Erweiterte Realität, Bildverarbeitung.
Partner: KIT/IPR, Swisslog, Czech Technical University in Prague, University of Zagreb, Fraunhofer IML, KONCAR

Aug. 2017 bis Jul. 2020 - RoSyLernt, Lernende roboterassistierte Systeme für das neuromuskuläre Training, BMBF.
Inhalt: Entwicklung einer lernenden physikalischen Interaktionsfähigkeit als aktive Fähigkeit eines Robotersystems. Die aufeinander abgestimmten Anwendungsszenarien sind aus dem Bereich der Rehabilitation (Muskelaufbau und Muskelkoordination). Sie sollen ein tiefes Verständnis in die kinematischen und dynamischen Abhängigkeiten der Interaktion des Menschen mit dem Robotersystem eröffnen.
Forschungsgegenstand: Einsatz von Lernverfahren für die physikalische Mensch-Roboter-Interaktion.
Partner: Buck Engineering, KUKA, Koordinauten GmbH, RWTH Aachen (IRT), KIT/IPR, KIT/ZAR

Jul. 2017 bis Jun. 2020 – SINA (Koordinator: Björn Hein), Sichere Wahrnehmung zur flexiblen Assistenz in dynamischen und unstrukturierten Umgebungen, BMBF.
Inhalt: Ziel sind übertragbare interaktive Grundfertigkeiten, die es u. a. ermöglichen, dass Gegenstände zwischen Mensch und Roboter sicher und robust übergeben werden können. Dazu erweitert das Projekt die Mensch-Roboter-Interaktion (MRI) um neuartige kapazitive Sensorik, welche die Basis für robuste und sichere Grundfertigkeiten mit praxistauglichen Ausführungsgeschwindigkeiten ist. Das Verhalten des Roboters minimiert dabei die physische und psychische Belastung des Menschen während der Interaktion.
Forschungsgegenstand: Sichere und intuitive Übergabe von Objekten zwischen Mensch und Roboter.
Partner: C&S Computer und Software GmbH, KIT/IFAB, KIT/IPR, MRK-Systeme GmbH, SCHUNK GmbH & Co.KG, Universität Augsburg (ISSE), User Interface Design GmbH
 
Feb. 2017 bis Jun. 2020 - QBIIK, Eine lernende, mobile, autonome Logistikplattform mit taktilem Greifsystem und neuartiger, entkoppelter Mensch-Maschine-Schnittstelle, BMWi.
Inhalt: Entwicklung eines lernfähigen autonomen Kommissionierstaplers, der die Technologie autonomer Systeme mit den Fähigkeiten des Menschen nutzbringend verbindet. Das dezentral gesteuerte Fahrzeug orientiert sich selbst im Raum, navigiert autonom zum Ziel und greift selbstständig nach der benötigten Ware und wird gegebenenfalls unterstützt durch einen Menschen.
Forschungsgegenstand: Greifen mittels Proximitysensorik, sichere Mensch-Maschine-Interaktion
Partner: KIT/IPR, KIT/IFL, BÄR Automation GmbH, STILL GmbH, Audi Sport GmbH

Sep. 2014 bis April 2018 - Taktile Näherungssensoren (TNS), Methoden für das Explorieren, Manipulieren und die sichere Mensch-Roboter-Interaktion mit kapazitiven taktilen Näherungssensoren, DFG.
Inhalt: Bei der robotergestützten Manipulation ist eine kontinuierliche sensorische Erfassung der zu handhabenden Objekte von Vorteil. Auf Basis taktiler Sensoren können Objekte/Hindernisse erst erkannt werden, wenn tatsächlich eine Berührung stattgefunden hat. Aufgrund der Verdeckungsproblematik in unmittelbarer Nähe eines Objekts ist wiederum der Einsatz von kamerabasierten Systemen oftmals nur schwer möglich. Ortsauflösende Näherungssensoren können diese Perzeptionslücke schließen. Ziel des Projektes ist daher die Auslotung und Evaluierung neuer Einsatzgebiete taktiler Näherungssensoren in der Mensch-Maschine-Interaktion und im industriellen Kontext.
Forschungsgegenstand: Einsatz von taktilen Näherungssensoren in der Mensch-Maschine-Interaktion und beim Einsatz in Regelungsverfahren von Robotersystemen (Proximity Servoing).
Partner: KIT/IPR

Veröffentlichungen

siehe ResearchGate

Interessen

• Cloud-/Edge-Robotik und Robotik-Software-Infrastruktur (KubeROS, ROS 2, RobOps)
• Synthetische Daten, Transfer Learning und robuste KI-Bildverarbeitung
• Greifen und Manipulation mit gelernten Repräsentationen (NeRF, Reinforcement Learning)
• Taktile Näherungssensorik und sichere Mensch-Roboter-Interaktion
• Bewegungsplanung, Regelung und Multi-Roboter-Systeme
• Assistenzrobotik und Mensch-Roboter-Interaktion