Optimale Fortbewegung: Roboter-Meeresschildkröte läuft wie das Original
Eine Meeresschildkröte kann sich sicher durch Sand bewegen. Dazu wendet sie bestimmte Fortbewegungsstrategien an, von denen auch Roboter profitieren könnten.
(Bild: University of Notre Dame)
Ein Ingenieursteam der University of Notre Dame (UND) hat einen Roboter in Form einer kleinen Meeresschildkröte entwickelt, der sich wie seine biologischen Vorbilder durch Sand und schwieriges Gelände fortbewegen kann. Die Wissenschaftler haben dazu verschiedene Arten von Meeresschildkröten und deren Fortbewegung studiert und die besten Fortbewegungsstrategien auf den Roboter übertragen.
Meeresschildkröten können sich an Land in ihrer Bewegung anpassen und eine Vielzahl von Bewegungsmustern abrufen. Das macht sie als Vorbild für Roboter interessant, die sich durch schwieriges Gelände fortbewegen müssen.
"Die Nachahmung dieser Anpassungsfähigkeit ist eine Herausforderung, denn sie erfordert ein umfassendes Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Morphologie, Flexibilität und Gangart mit der Umwelt. Wenn wir untersuchen, wie Meeresschildkröten ihre Gangart anpassen, um sich in komplexem und abwechslungsreichem Gelände fortzubewegen, kann uns das helfen, vielseitigere Roboter zu entwerfen", sagt Yasemin Ozkan-Aydin, Professorin für Elektrotechnik an der UND.
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Sie und ihre beiden Kollegen Nnamdi Chikere, Doktorand der Elektrotechnik und der Student John Simon McElroy haben die Roboter-Meeresschildkröte gebaut, die die Fortbewegung einer echten Meeresschildkröte nachahmt. Sie besteht aus einem ovalen Körper, an denen vier voneinander unabhängig bewegbare Flossen angebracht sind, die über Servos angesteuert werden. Die beiden großen Vorderflossen schieben die Schildkröte vorwärts. Sie verrichten die Hauptarbeit zur Fortbewegung. Die kleineren hinteren Flossen dienen dazu, die Richtung der Meeresschildkröte zu bestimmen.
Natürliche Fortbewegungsstrategien
Der Körper und die starren Flossenverbindungen bestehen aus einem Polymer und kommen aus dem 3D-Drucker. Die Flossen selbst sind aus Silikon. Dies gibt ihnen die nötige Steifigkeit, bei zugleich hoher Flexibilität.
Der Roboter wird über eine Funkfernbedienung gesteuert. Eine Elektronik wandelt die Steuersignale in entsprechende Fortbewegungsstrategien um. Diese haben die Forschenden anhand von Daten aus zoologischen Studien über die Morphologie, das Gangbild und die Steifigkeit der Flossen von verschieden Meeresschildkrötenarten ermittelt. "Um die Anpassungsfähigkeit und Vielseitigkeit zu maximieren, haben wir die Fortbewegungsmuster verschiedener Arten untersucht und die effektivsten Aspekte von jeder Art übernommen", sagt Ozkan-Aydin.
Getestet haben die Wissenschaftler den Roboter in einem Sandkasten auf dem Campus der Universität. Der Roboter war in der Lage, sich sicher durch Sand zu bewegen, ohne dabei stecken zu bleiben. Die Richtung konnte dabei jederzeit vorgegeben werden. Die Forscher hoffen nun, dass der Meeresschildkrötenroboter in der freien Natur eingesetzt werden kann, um Baby-Meeresschildkröten nach der Geburt auf ihren gefährlichen Weg vom Nest zum Meer zu geleiten, um ihnen eine möglichst hohe Überlebenschance vor Fressfeinden zu geben.
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(olb)