Planet der Affen

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Auf Mond und Mars sind ebene Flächen rar, jede Unebenheit kann für einen fahrenden Erkundungsroboter das Ende bedeuten. Daher bauen Forscher an neuen Robotern, die laufen und klettern können – und lassen sich dabei vom Tierreich inspirieren.

Sie hatten gerechnet, getüftelt und gehofft. Doch am 26. Januar 2010 mussten die Experten der US-Weltraumbehörde NASA den Tatsachen ins Auge sehen: Der Marsrover "Spirit" hatte sich unwiderruflich im lockeren Untergrund des Roten Planeten festgefahren. Das Roboterauto war über einen mit Sand gefüllten und einer festen Kruste bedeckten Krater gerollt und überraschend eingebrochen. Die Räder hatten sich in den losen Marsboden eingegraben, das rechte Hinterrad den Geist aufgegeben: Ende einer Dienstfahrt.

Von den legendären sowjetischen "Lunochod"-Mondmobilen in den siebziger Jahren über das aktuelle NASA-Marsmobil "Curiosity" bis zum chinesischen Mondrover "Yutu" – über fremde Himmelskörper sind Roboter stets gerollt. Das ist schnell und effizient, die Gefährte brauchen dafür allerdings einen ebenen Untergrund – und den gibt es auf kraterübersäten Himmelskörpern eher selten. Wer etwa am Südpol des Mondes nach Wassereis suchen will, dem bringt ein radgetriebenes Fahrzeug nichts. Die Vorkommen finden sich ausschließlich in tiefen Kratern, in denen ein ferngesteuertes Auto nur scheitern kann.

Am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) am Stadtrand von Bremen arbeiten Wissenschaftler und Techniker um den Robotik-Experten Frank Kirchner deshalb an einer Alternative. Sie wollen nicht das Rad neu erfinden, sondern es abschaffen. Eine neue Generation von Robotern soll Mond, Mars und wer weiß welche Himmelskörper noch laufend, kriechend und kletternd erkunden. Ganz so wie es ihre tierischen Vorbilder täten, würde man sie auf die Planeten loslassen. "Unsere Lösungen kommen ins Spiel, wenn die Landschaft rauer wird", sagt Kirchner, Leiter des Robotics Innovation Center. "Mit einem laufenden System hat man einfach mehr Flexibilität, um wissenschaftlich interessantere Gebiete zu erreichen."

Der Institutschef sieht in Outdoorjacke und Stricktroyer aus wie ein Bio-Landwirt. Seit 20 Jahren baut Kirchner Laufmaschinen, darunter den achtbeinigen Insektenroboter "Scorpion" oder den sechsbeinigen "Crex". Die neueste und gleichzeitig beeindruckendste Schöpfung in dem Maschinen-Zoo aber ist "Charlie", der künstliche Schimpanse. Zusammen mit dem Informatiker Daniel Kühn führt Kirchner ihn mir an diesem Nachmittag vor: An zwei Kunststoffseilen baumelt der schwarze Körper an einem fahrbaren Aluminiumgerüst.

Er braucht es, weil der rund 20 Kilogramm schwere Roboter sonst unter seinem eigenen Gewicht zusammenbrechen würde – zumindest bis er vollständig eingeschaltet ist und seine "Muskeln" ihn tragen. Von Kühn auf den Boden gesetzt, geht "Charlie" erst einmal leicht in die Knie. Leise schnarren die Motoren. Dann hebt der Maschinenaffe ein Hinterbein an – und läuft bedächtig los.

Immer drei Beine hat der Roboter auf dem Boden und eines in der Luft – genauso wie sein natürliches Vorbild. Wir sind zwar nicht auf dem Mond, aber die Bremer haben sich Mühe gegeben, den Erdtrabanten realistisch nachzuempfinden: "Charlie" tapst in der 288 Quadratmeter großen Weltraumexplorationshalle herum, in der die DFKI-Forscher ihre neuesten Maschinenwesen testen. Dafür haben sie Teile eines Mondkraters aus Beton nachgebaut. Kraftvolle Scheinwerfer leuchten den zehn Meter hohen Raum mit seinen schwarzen Wänden aus. Kameras erfassen jede Bewegung des Roboters, Rechner werten sie aus. Der graue Untergrund der nachgebauten Felswand ist schroff, bei Bedarf kann er zusätzlich mit künstlichem Mondstaub überpudert werden, um die Rutschgefahr zu erhöhen. Die Wissenschaftler können außerdem verschiedene Neigungswinkel des Untergrunds einstellen, je nachdem, wie sehr sich die Roboter anstrengen sollen.

"Charlie" hat noch Welpenschutz: Im Prinzip könnte er auch auf zwei Beinen gehen. Das ist vor allem dann sinnvoll, wenn er sich einen Überblick über ein größeres Gelände verschaffen muss – oder wenn er seine Arme zum Arbeiten einsetzen soll. Doch weil die Bremer Wissenschaftler noch an den Algorithmen zur Steuerung tüfteln, wollen sie mir den aufrechten Gang jetzt noch nicht vorführen – am Ende würde "Charlie" bei seiner Demonstration noch umfallen. So lassen Kühn und Kirchner ihren Blechaffen zwischenzeitlich mal Männchen machen, ganz so wie ein stolzes Herrchen seinen wohlerzogenen Hund vorführen würde. Dann aber geht es auf vier Beinen weiter.

Mit einem Lithium-Polymer-Akku angetrieben, kann "Charlie" eine Stunde und 20 Minuten am Stück laufen. Das sieht ziemlich beeindruckend aus, was auch an der flexiblen Wirbelsäule der Maschine liegt. Mit dieser und anderen Entwicklungen setzen die Bremer seit Jahren weltweit Maßstäbe in der Roboterentwicklung. Sie besteht aus Kohlefaser und Aluminium und besticht durch einige Tricks: Die Konstruktion ist so ausgelegt, dass nur Zug- und Druckkräfte entstehen können. Dadurch konnten die Bremer Sensoren aus dem Ultraleichtbau verwenden, die ein Gewicht von nur sieben Gramm haben.

Außerdem ließen sie Schulter- und Hüftpartie, an denen die Wirbelsäulenstäbe angebracht sind, mit einem 3D-Drucker aus Aluminium fertigen – und sparten so im Vergleich zu Alu-Bauteilen, die mit zerspanenden Verfahren gefertigt werden, die Hälfte des Gewichts ein. Die Wirbelsäule sorgt dafür, dass die an den Hinterbeinen entstehenden Kräfte optimal im ganzen Roboterkörper verteilt werden. "Charlies" Bewegungen wirken daher ausgesprochen flüssig, wenngleich er noch in recht überschaubarem Tempo durch die Bremer Weltraumhalle tappt.