Energieeffizienz: Vierbeinige Roboter sollten sich wie Schildkröten fortbewegen
Roboter mit Beinen sollen möglichst effizient laufen können und wenig Energie verbrauchen. Schildkröten sind ein gutes Vorbild dafür.
(Bild: DGIST)
Ein Forschungsteam der Abteilung für Robotik und Mechatronik des südkoreanischen Daegu Gyeongbuk Institute of Science & Technology (DGIST) hat herausgefunden, dass sich Schildkröten in Relation zu ihrem hohen Gewicht besonders energieeffizient fortbewegen und sich somit als Vorbild für energieeffiziente Roboter eignen.
Roboter mit Beinen bewegen sich im Vergleich zu radgetriebenen Robotern nicht besonders energieeffizient fort, kommen in unwegsamen Gelände jedoch besser voran. Das südkoreanische Forschungsteam hat sich deshalb Gedanken darüber gemacht, wie ein vierbeiniger Roboter auszusehen hat, der sich besonders energieeffizient fortbewegen kann. In dem wissenschaftlichen Paper "A Study on the Effect of Belly-Dragging Locomotion on a Robot that Mimics a Heavy Reptile", der in Advanced Intelligent Systems veröffentlicht ist, beschreiben die Forscher, dass Schildkröten die effektivste Fortbewegungsmethode entwickelt haben.
Sie beobachteten die Reptilien und machten zwei grundlegende Faktoren für die Energieeffizienz ihrer Bewegung im Verhältnis zu ihrem hohen Körpergewicht aus: so ziehen sie ihren Panzer über den Boden und bewegen zugleich jeweils ihre diagonal angeordneten Beine. Die Wissenschaftler fanden durch Simulationen heraus, dass diese Art der Fortbewegung im Vergleich zu anderen Fortbewegungsformen einen geringeren Energieaufwand erfordert. Selbst als die Forscher Variablen wie Größe und Masse des Schildkröten-Roboters veränderten, blieb die Fortbewegung weiterhin energieeffizient.
Effizienter mit rutschendem Panzer
Die Wissenschaftler verifizierten ihre Beobachtungen und Simulationen mit einem physischen Schildkröten-Roboter mit vier Beinen und einem Panzer, den sie im 3D-Druckverfahren herstellten. Die Beine bewegten die Forscher über insgesamt zwölf Servomotoren, die sie mit einem OpenCM 485 Controller-Board ansteuerten. Damit konnten sie den rund 1,8 kg schweren, vierbeinigen Roboter zu unterschiedlichen Fortbewegungsmethoden veranlassen. Sie verglichen dabei die bei Schildkröten angewendete Methode mit ihrer Bauchplatte (Plastron) über den Boden zu rutschen mit einer Methode mit angehobenem Panzer sowie angehoben ohne Plastron. Die Beinbewegung variierten die Forscher ebenfalls. Im Ergebnis ermittelten die Wissenschaftler, dass die Fortbewegung der Schildkröte mit Ausnutzung der Bauchplatte am effizientesten ist.
Das Forschungsteam rät deshalb dazu, Roboter, die sich besonders energieeffizient fortbewegen müssen, an den von ihnen ermittelten Forschungsergebnissen orientiert zu konstruieren.
(olb)