Leonardo: Zweibeiniger Roboter läuft, fliegt und fährt Skateboard
Roboter Leonardo soll mit einer hybriden Fortbewegung schwierige Gelände besser meistern können.
Der Roboter Leonardo kann auch Skateboard fahren.
(Bild: Caltech (Screenshot))
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des California Institute of Technology (Caltech) haben mit Leornado (LEgs ONboard drOne (Leo)) einen zweibeinigen Roboter entwickelt, der die Fortbewegungsarten Laufen und Fliegen miteinander kombiniert. Der Roboter ist durch beide Bewegungsmöglichkeiten flexibler und kann etwa Skateboard fahren und auf einer Slackline laufen.
Nach Angaben von dem Team des Center for Autonomous Systems and Technologies (CAST) sei Leo der erste Roboter, der Mehrgelenkbeine und einen Propellerantrieb kombiniert, um eine bessere Kontrolle über die eigene Balance zu haben. Inspiriert worden seien die Wissenschaftler von der Natur, sagt Soon-Jo Chung, Professor für Luftfahrt und dynamische Systeme. Vögel würden zeigen, wie sie sich mit einer Kombination aus Hüpfen und Flattern sicher auf Oberleitungen fortbewegen könnten. "Wenn Vögel zwischen Hüpfen und Fliegen wechseln, passiert ein komplexes, aber faszinierendes Verhalten. Wir wollten das verstehen und daraus lernen."
Zweibeinige Roboter können sich ähnlich wie Menschen fortbewegen. Sie können Laufen, Springen und Treppen steigen. Doch sie haben es schwer, wenn das Gelände zu unwegsam ist. Flugroboter können Hindernissen einfach ausweichen, in dem sie über sie hinwegfliegen. Zugleich haben sie aber den Nachteil des hohen Energieverbrauchs und einer begrenzten Nutzlastkapazität. Beides ließe sich durch die multimodale Fortbewegungsfähigkeit effizienter gestalten, schreiben die Wissenschaftler.
Effiziente, sichere Fortbewegung
Leo soll deshalb die Lücke zwischen den beiden Fortbewegungsarten schließen. Mit der Hybridfortbewegung sei es möglich, das Beste aus beiden Welten miteinander zu vereinen. "Je nach Art der zu überwindenden Hindernisse kann Leo zwischen Gehen oder Fliegen wählen oder beides nach Bedarf kombinieren", sagt Patrick Spieler, Co-Autor des Science Robotics Papers, in dem die Wissenschaftlergruppe ihre Forschungsergebnisse publiziert hat.
Leo ist etwa 61 cm klein. Er besitzt zwei Beine mit je drei Gelenken und vier Propellerstrahlruder, die an seinen "Schultern" montiert sind. Sie sorgen dafür, dass der Roboter beim Gehen aufrecht gehalten und das Gleichgewicht des Körpers beibehalten wird. Der Masseschwerpunkt wird bei der Beinbewegung durch eine synchronisierte Geh- und Flugsteuerung so austariert, dass es zu einer Vorwärtsbewegung kommt. Umstoßen lasse sich Leo nicht so einfach, sagt Elena-Sorina Lupo, Doktorandin am Caltech. Die Propeller würden verhindern, dass der Roboter sein Gleichgewicht verliert. Im reinen Flugbetrieb setzt Leo ausschließlich die vier Propellertriebwerke ein und fliegt wie eine Drohne.
Fortbewegung selbst entscheiden
Der Roboter kann bereits komplexe Bewegungen ausführen, wie ein Demonstrationsvideo zeigt. Hier ist aber längst noch nicht Schluss. Leo wolle man weiter verbessern. Die Beine sollen verstärkt werden, damit Leo künftig mehr Gewicht tragen kann. Die Triebwerke sollen mehr Leistung erhalten. Zusätzlich wollen die Wissenschaftler Leo autonomer machen. Der Roboter soll selbst verstehen können, wie viel des eigenen Gewichts in bestimmten Geländesituationen von den Beinen getragen werden muss und wie viel Unterstützung dann vom Propellerantrieb nötig ist.
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Das Team will dazu Algorithmen maschinellen Lernens einsetzen. Der Roboter soll seine Umwelt verstehen und daraus eigene Entscheidungen treffen können, welche die beste Kombination aus Gehen und Fliegen ist. Dabei soll er selbstständig berücksichtigen, welche Bewegungskombination am sichersten und energiesparendsten ausfällt. Noch sei die Stabilisierung des Roboters über die Propeller aber zu energieaufwendig. Dies wolle das Forscherteam bei der Weiterentwicklung der Beine berücksichtigen. Leo könnte mit kräftigeren Beinen weniger Unterstützung durch die Propeller benötigen und sich energiesparender fortbewegen.
Die Forscherinnen und Forscher wollen mit ihrer Arbeit die Grundlagen für adaptive Landefahrwerkssysteme mit Beingelenken schaffen. Sie könnten in Flugrobotern oder anderen Fluggeräten eingesetzt werden. Als Beispiel nennen die Wissenschaftler einen Mars-Drehflügler, der mit dieser Technik ausgestattet in schwierigem Gelände landen kann, ohne umzukippen und dadurch womöglich auszufallen.
(olb)
