"Roboter-Tausendfüßler": Einfache Laufsteuerung durch Instabilität
Ein instabiler, vielbeiniger Roboter kann auch auf krummen Wegen zum Ziel gelangen – bei weniger Rechen- und Energieaufwand.
Laufroboter mit vielen Beinen benötigen oft Kontrollsysteme, die einen hohen Rechenaufwand erfordern. Wissenschaftler der japanischen Osaka University haben diesen Aufwand minimiert. Sie nutzen bei ihrem "Tausendfüßler-Roboter" Myriapod eine dynamische Instabilität zwischen einzelnen Körperelementen aus, um ihn robust laufen zu lassen – auch wenn es nicht der direkte Weg sein sollte.
Tausend Füße hat der Laufroboter der Forscher des Departement of Mechanical Science and Engineering der Osaka University zwar nicht, soll sich jedoch aufgrund seines modularen Aufbaus und seinen vielen Beinen in unebenem Gelände problemlos bewegen können. Dadurch ist er für Rettungseinsätze in Katastrophengebieten geeignet. Eine hohe Anzahl an Gelenken solcher Roboter benötigen normalerweise eine hohe Rechenleistung für die Koordinierung und Ansteuerung der einzelnen Beine. Fällt darüber hinaus eines – etwa aufgrund hoher Belastung – aus, funktioniert der Roboter nur noch stark eingeschränkt. Nicht so beim Myriapod.
Krumm statt gerade
In dem in Soft Robotics veröffentlichten wissenschaftlichen Papier "Maneuverable and Efficient Locomotion of a Myriapod Robot with Variable Body-Axis Flexibility via Instability and Bifurcation" beschreiben die Forschenden, wie sie bei Myriapod eine Instabilität zwischen einzelnen Gelenken dazu nutzen, eine gerade Gehbewegung in eine gekrümmte Bewegung umzuwandeln.
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Der Roboter besteht aus sechs Segmenten mit jeweils zwei Beinen. Die Segmente sind flexibel miteinander verbunden. Die Flexibilität kann mittels einer Schraube während der Gehbewegung elektromotorisch eingestellt werden. Die Forscher machen sich dabei das Phänomen der "pitchfork bifurcation" (dt. etwa "Gabelung") zunutze, einem Zustand, in dem das geradeaus Gehen instabil wird. Der Roboter geht dann dazu über, einen Bogen nach links oder rechts zu laufen. In der Regel sind solche instabilen Zustände unerwünscht, bei Myriapod führen sie aber sprichwörtlich zum Ziel, kann der Roboter doch so Kurven laufen, ohne dass dazu die Bewegung der einzelnen Beine berechnet werden muss. Das hält den Rechenaufwand gering und minimiert gleichzeitig den Energiebedarf, schreiben die Wissenschaftler.
"Wir haben uns von der Fähigkeit bestimmter extrem agiler Insekten inspirieren lassen, die dynamische Instabilität in ihrer eigenen Bewegung zu kontrollieren, um schnelle Bewegungsänderungen zu bewirken", sagt Shinya Aoi, einer der Studienautoren.
Das Wissenschaftsteam hat den Roboter ausprobiert und ihn verschiedene Ziele anlaufen lassen. Dabei ließ sich der Roboter so ansteuern, dass er sie auf gekrümmten Pfaden erreichen konnte.
Die Forschenden arbeiten nun daran, ihn mit weiteren Elementen zu erweitern. Zudem sollen zusätzliche Kontrollmechanismen geschaffen werden, um ihn noch präziser steuern zu können. "Wir können uns Anwendungen in einer Vielzahl von Szenarien vorstellen, z. B. bei der Suche und Rettung, der Arbeit in gefährlichen Umgebungen oder der Erforschung anderer Planeten", sagt Mau Adachi, ein weiteres Mitglied des Forschungsteams.
Ganz neu ist die Vereinfachung der Ansteuerung vielbeiniger Roboter allerdings nicht. Das Georgia Institute of Technology hat ein Bewegungsmodell für mehrbeinige Roboter entwickelt, das es einem solchen Roboter ermöglicht, sich auch ohne Sensorik und bei ausfallenden Beinen weiter fortzubewegen.
(olb)