Der optimale Roboter: Forscher entwickeln Ansatz für automatisches Roboterdesign

Ein Forscherteam der japanischen Universitäten Kyoto und Nagoya ist der Frage nachgegangen, wie Roboter automatisch designt werden können, damit sie einen gewünschten Einsatzzweck optimal erfüllen. Die Wissenschaftler greifen bei ihrem Ansatz auf die Evolution von Wirbeltieren zurück, wie aus der in Artificial Life and Robotics veröffentlichten Forschungsarbeit "Automatic robot design inspired by evolution of vertebrates" hervorgeht.

"Das Hauptziel war es, einen leistungsfähigen Roboter für eine bestimmte Aufgabe zu entwickeln. Da es unzählige mögliche Kombinationen von Robotermorphologien und Steuerungen gibt, ist es unmöglich, den besten Roboter durch manuelle Erkundung durch den Menschen zu finden. Daher haben wir erkannt, dass es notwendig ist, eine Methode zur automatischen Konstruktion von Robotern mithilfe von Computern zu entwickeln", erklärt Ryosuke Koike, einer der drei beteiligten Forscher, den Anstoß zu ihrem Forschungsprojekt.

In der Regel werden Roboter für eine spezifische Aufgabe konstruiert. Dabei hängt es von der Erfahrung und der Intuition der Konstrukteure ab, ein möglichst optimales Design für den Roboter zu finden. Klappt dann etwas nicht, muss mit Zeitaufwand ein neues Design entwickelt werden. Die von den Wissenschaftlern entwickelte Methode lässt es zu, automatisch Roboterdesigns mit verschiedenen Morphologien und Eigenschaften zu erschaffen. Roboter für spezifische Einsatzzwecke könnten so schneller entwickelt werden.

Weniger ist mehr

Die Forscher legen bei ihrem Ansatz die Hypothese zugrunde, dass bei Wirbeltieren die Anzahl der Knochen im Laufe der Evolution abgenommen hat und die Körper so effektiver funktionierten. Diese Verbesserungsregel übertragen die Forscher auf ihr Roboterdesignsystem. Der Roboter soll möglichst keine unnötigen starren Teile mehr enthalten. Deshalb werden solche Teile nach und nach aus einem zuvor entwickelten komplexen Roboter entfernt, heißt es von den Forschern. Dadurch sei es möglich, verschiedene, immer effektivere Designs und Steuerungskomponenten zu ermitteln.

Ausprobiert haben die Wissenschaftler das anhand von Software-Simulationen. Dabei stellten sie im Vergleich zu herkömmlichen Konstruktionsmethoden fest, dass die automatischen Roboterdesigns einfacher ausfielen und mitunter zu überraschenden Konstruktionen führten. Die einfache Regel, die Anzahl der Teile zu reduzieren, führt zu effizienteren Ergebnissen bei der Suche nach einem Roboterdesign, sagt Koike. Dies führe zu einer schnelleren Entwicklung von besseren Robotern.

Die Wissenschaftler sehen ihre grundlegende Arbeit damit aber nicht als beendet an. Sie wollen sich nun damit beschäftigen, weitere Ansätze zu finden, um Roboter automatisch entwerfen zu können. Dazu wollen sie aber den von der Evolution von Wirbeltieren inspirierten Ansatz verlassen. Denn diese Methode habe sich zunächst nur bei Laufrobotern bestätigt. Ein solches automatisches Designsystem soll aber auch auf weitere Anwendungsgebiete ausgedehnt werden können, wie etwa auf Industrieroboter, Luftfahrzeuge und Schiffe.

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(olb)