Roboterhund läuft mit passiver Mechanik deutlich energieeffizienter

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Ein Forschungsteam der Technischen Universität Delft (TU Delft) und der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) hat einen Roboterhund mit einer passiven Mechanik entwickelt, der dadurch energieeffizienter laufen kann als andere Laufroboter. Die Wissenschaftler analysierten dazu das Laufverhalten eines biologischen Hundes, um die Laufmechanik zu optimieren. Auf einem Laufband lief der Roboterhund ohne eigenen motorischen Antrieb.

Roboterhunde benötigen zum Laufen viel Energie. Das gilt prinzipiell für alle Laufroboter, die elektromotorisch Beine antreiben. Roboterhunde sollen allerdings möglichst lange ununterbrochen ihre Arbeit verrichten können, wie etwa bei Überwachungsaufgaben. Die Wissenschaftler der TU Delft und der EPFL wollten deshalb das Laufen eines Roboterhundes energieeffizienter gestalten, wie sie in der Studie "Synergy-based robotic quadruped leveraging passivity for natural intelligence and behavioural diversity" schreiben, die in Nature Machine Intelligence erschienen ist.

Auf die mechanische Optimierung des Laufens sind die Forscher durch verschiedene Beispiele aus der Natur gekommen. So habe man etwa bemerkt, dass Fische auch dann noch in einer Strömung schwimmen können, wenn sie tot sind. Die dazu nötige Bewegung des Fisches komme dann ausschließlich über die passive Mechanik ihres Körpers zustande, nicht durch eine bewusste Bewegung, erläutern die Wissenschaftler. Das zeige, dass eine optimierte Körpermechanik eine effiziente Bewegung zur Folge haben kann.

Das Team nutzte dies aus und analysierte die Laufbewegungen von Hunden, um die Ergebnisse zu deren Biomechanik bei der Entwicklung des Roboterhundes einfließen zu lassen. Dabei setzen sie Methoden des maschinellen Lernens zur Analyse ein und übertrugen die Erkenntnisse auf die Struktur des Roboters, indem sie mechanische Komponenten wie Federn, Seilzüge und Gelenke entsprechend anordneten.

Laufen ohne eigenen Motor auf dem Laufband

Als Ergebnis erhielten die Wissenschaftler einen Laufroboter, der auf einem Laufband laufen und sich dabei unterschiedlichen Geschwindigkeiten anpassen kann, ohne dabei von einem oder mehreren eigenen Motoren angetrieben zu werden. Das Laufen des Roboters wird nur durch den Vortrieb des Laufbandes erzeugt und basiert damit auf der passiven Mechanik des Roboters.

Die Forscher bauten in den Roboterhund dann Elektromotoren zum Antrieb der Beine ein, um mögliche Hindernisse überwinden zu können. Dabei stellten die Forscher fest, dass die Motoren weniger leisten mussten als bei vergleichbar aufgebauten Roboterhunden ohne passive Mechanik.

Die Wissenschaftler sehen ihre Arbeit als einen Schritt hin zu ganzheitlich intelligenten Robotern, die über verbesserte mechanische und kognitive Fähigkeiten verfügen, entsprechend effizienter arbeiten und sich an komplexe Umgebungen besser anpassen können.

(olb)