MIT entwickelt kleinen energieeffizienten einbeinigen Hüpfroboter
Der Hüpfroboter des MIT ist nur 5 cm groß und wiegt weniger als ein Gramm. Große Sprünge machen kann er trotzdem.
(Bild: MIT)
Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben die hüpfende Fortbewegung von Robotern als optimal für Suchmissionen bei Katastrophen ausgemacht, weil die Roboter dabei am wenigsten Energie zur Fortbewegung aufwenden müssen. Der Roboter des MIT hüpft auf nur einem Bein im Labor und ist lediglich 5 cm groß.
Die hüpfende Fortbewegung eines Roboters mit nur einem Bein hat viele Vorteile: Sie benötigt nicht viel Energie, verlängert also die Nutzungsdauer des Roboters, und große Hindernisse und Schrägen können einfach übersprungen werden. Die alternative fliegende Fortbewegung ist dagegen energieintensiver. Roboter mit Beinen und Rädern benötigen oft noch mehr Strom.
Bessere Energieeffizienz
Der Hüpfroboter des MIT ist nur etwa 5 cm groß und wiegt weniger als ein Gramm. Sobald der Roboter auf einem Bein springt, wandelt er potenzielle Energie aus der Höhe über dem Boden in kinetische Energie um. Beim Aufprall auf die Erde wird sie wieder in potenzielle Energie umgewandelt und so fort. Dadurch ergibt sich eine bessere Energieeffizienz.
Diese haben die MIT-Forscher in ihrer Studie "Hybrid locomotion at the insect scale: Combined flying and jumping for enhanced efficiency and versatility", die in Science Advances erschienen ist, noch zu maximieren versucht. Dazu haben die Wissenschaftler das elastische Bein des Roboters zusätzlich mit einer Feder ausgestattet. Die Abwärtsgeschwindigkeit des Roboters wird dadurch in eine Aufwärtsgeschwindigkeit umgewandelt, sobald der Roboter auf den Boden aufkommt.
"Wenn man eine ideale Feder hat, kann der Roboter einfach weiterhüpfen, ohne Energie zu verlieren. Da unsere Feder aber nicht ganz ideal ist, verwenden wir einen Flügelschlagmechanismus, um die geringe Menge an Energie auszugleichen, die er beim Aufprall auf den Boden verliert", erklärt Yi-Hsuan Hsiao, MIT-Absolvent und beteiligter Forscher an dem Projekt. Denn die Wissenschaftler haben dem Roboter noch Schlagflügel spendiert. Sie werden durch weiche, künstliche Muskeln energiearm angetrieben und sorgen in der Aufwärtsbewegung für zusätzlichen Auftrieb als Ausgleich für die verloren gegangene Energie. Außerdem stabilisieren sie den Roboter in der Luft und richten ihn für den nächsten Sprung aus.
Empfohlener redaktioneller Inhalt
Mit Ihrer Zustimmung wird hier ein externes YouTube-Video (Google Ireland Limited) geladen.
Ich bin damit einverstanden, dass mir externe Inhalte angezeigt werden. Damit können personenbezogene Daten an Drittplattformen (Google Ireland Limited) übermittelt werden. Mehr dazu in unserer Datenschutzerklärung.
Gesteuert wird der Hüpfroboter von einem Kontrollmechanismus, der bestimmt, wie der Roboter für seinen nächsten Sprung ausgerichtet sein muss. Ein externes Bewegungsverfolgungssystem sowie ein Beobachtungsalgorithmus berechnen auf Grundlage von Sensormessungen die nötigen Informationen zur Robotersteuerung.
Schlagflügel bestimmen die Flugbahn
Die Steuerung berechnet am Scheitelpunkt der Flugbahn die mögliche Landeposition, die nötige Startgeschwindigkeit für den nächsten Sprung und steuert die Flügel so an, dass der Roboter im richtigen Winkel ausgerichtet auf dem Boden aufkommt und in die gewünschte Richtung abspringt.
Die Forscher probierten den Roboter auf unterschiedlichen Untergründen wie etwa Gras, Eis, nasses Glas und auch unebenen Böden aus. Der Roboter hatte dabei keine Probleme. Selbst auf beweglichen Untergründen konnte er stabil hüpfen – bis zu 20 cm weit.
Bei Sprüngen auf Gras ist der Energieaufwand jedoch höher als auf Glasflächen, weil mehr Energie für den Flügelschlag aufgewendet werden muss, um den Dämpfungseffekt des Grases auszugleichen. Im Vergleich zu einem fliegenden Roboter soll der hüpfende Roboter 60 Prozent weniger Energie benötigen.
Videos by heise
Der MIT-Roboter ist in der Lage, je nach Programmierung auch akrobatische Einlagen wie etwa Salti zu schlagen oder auf eine fliegende Drohne aufzuspringen. Zusätzlich kann er das Doppelte seines Eigengewichtes an Nutzlast mitführen. Das lässt sich nach Angaben der Wissenschaftler noch deutlich erhöhen. Dazu muss dann allerdings die Feder im Roboterbein angepasst werden.
Die Wissenschaftler des MIT wollen nun in den Hüpfroboter Sensoren, Batterien und Steuerungselektronik einbauen. Denn bisher ist er noch auf externe Steuerungsgeräte angewiesen und funktioniert nur im Labor. Dann wollen ihn die Forscher aus dem Labor in die freie Wildbahn entlassen, wo er autonom umherhüpfen und etwa bei Rettungsmissionen helfen soll.
(olb)
