ETH Zürich: Roboterhund ANYMal klettert auf normale Leiter
Roboterhunde haben große Probleme, Leitern zu erklimmen. Die ETH Zürich hat das Problem gelöst und einen ANYMal-Roboterhund entsprechend trainiert.
Der Roboterhund ANYMal klettert über eine Leiter auf einen Palettenstapel.
(Bild: ETH Zürich)
Robotiker der Eidgenössisch Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) haben dem vierbeinigen Roboterhund ANYMal von ANYbotics beigebracht, eine normale Standardleiter hochzusteigen. Dabei handelt es sich um ein Problem, das bisher weitgehend ungelöst geblieben ist. Lediglich einige wenige Roboter schaffen es überhaupt, eine Leiter zu erklimmen – und wenn, dann nur sehr langsam.
Die Wissenschaftler der ETH Zürich haben es geschafft, einen ANYMal-Roboterhund so zu modifizieren, dass er schnell eine Leiter hinaufsteigen kann. In der Studie "Robust Ladder Climbing with a Quadrupedal Robot", die im Preprint auf Arxiv erschienen ist, beschreiben die Wissenschaftler das zugrunde liegende Verfahren.
Die Forscher hatten zunächst damit zu kämpfen, dass der ANYMal Roboterhund lediglich über Gummipfoten verfügt. Wie auch bei anderen Roboterhunden eignen sich diese zwar hervorragend zum Laufen auf unterschiedlichen Untergründen, aber nicht zum Erklimmen von Leitern, da ein Abrutschen von den Sprossen möglich ist.
Gemeinhin benutzen Menschen beim Steigen auf eine Leiter ihre Hände dazu, um die Leitersprossen zu umklammern und sich so sicher festhalten zu können. Das Robotikteam der ETH Zürich entwickelte deshalb eine entsprechende Haken-Pfote, damit sich der Roboterhund ebenfalls an einer Sprosse festhalten kann. Die Nutzung des Hakens brachten sie dem Roboter mithilfe von verstärkendem Lernen bei.
Simulation und Nachahmung
Das Training beschleunigten die Forscher mittels eines privilegierten Lehrer-Schüler-Ansatzes. In Simulationen kletterte der Roboterhund auf unterschiedliche Arten von Leitern, auch auf solche, bei denen absichtlich Störungen eingebaut waren. Darunter fallen etwa Leitern, die wackeln oder bei denen einzelne Sprossen fehlen. Die Wissenschaftler beobachteten gezielt das Roboterverhalten auf die Störungen. Traten etwa Probleme auf, trainierten die Forscher den Roboterhund in der Simulation manuell, indem sie ihm zeigten, wie er in einer spezifischen Situation reagieren muss. Der Roboterhund konnte dies durch Nachahmung nachvollziehen, sodass er in kurzer Zeit robuste Kletterfähigkeiten erlernte.
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Die Trainingsdaten aus der Simulation übertrugen die Wissenschaftler auf einen ANYMal-Roboterhund und testeten dessen Fähigkeiten auf unterschiedlichen realen Leitern unter Laborbedingungen. In etwa 90 Prozent der Fälle konnte der Roboter die Leiter sicher erklimmen. Dabei machten die Hakenpfoten einen großen Unterschied im Vergleich zu den normalen Pfoten des Roboterhundes aus.
Die Robotiker des ETH Zürich wollen nun die Präzision beim Klettern weiter erhöhen und ANYMal beibringen, auch Leitern in unstrukturierten Umgebungen zu ersteigen. Zudem beabsichtigen die Forscher, auf eine Bewegungserfassung zu verzichten, ohne dass die Kletterleistung dadurch negativ beeinflusst wird.
(olb)