Evolution auf Abruf: Robo-Turtle ändert Gliedmaße je nach Fortbewegung
Um sich an Land und im Wasser bewegen zu können, benötigen Roboter unterschiedliche Antriebe. Mit "adaptiver Morphogenese" ist das nicht nötig.
Die Roboturtle ART verändert ihre Gliedmaßen, um sich im Wasser und an Land bewegen zu können.
(Bild: Yale University)
Ein Wissenschaftsteam der Yale University hat der Roboterschildkröte ART (Amphibious Robotic Turtle) Gliedmaße verpasst, die je nach Fortbewegung im Wasser zu Flossen oder auf dem Land zu Beinen werden, um sich so optimal fortbewegen zu können. Das Team nennt den Umwandlungsprozess "adaptive Morphogenese", wie aus dem in Nature veröffentlichten wissenschaftlichen Paper "Multi-environment robotic transitions through adaptive morphogenesis" hervorgeht.
Meeresschildkröten können sich mit ihren Flossen sehr gut im Wasser, aber schlecht an Land fortbewegen, Landschildkröten dagegen besser an Land, aber schlechter im Wasser. Beide Schildkrötenarten haben sich über mehrere Millionen Jahre an die jeweilige Umgebung angepasst, in der sie sich hauptsächlich bewegen. Die Roboterschildkröte ART kann ihre Gliedmaßen je nach Einsatzzweck ändern, sozusagen eine Form von Evolution auf Abruf.
Energieeffiziente Bewegungen
Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nutzten in ihrem Projekt einen anderen Ansatz als andere amphibienartige Roboter. Statt ihnen zwei verschiedene, jeweils auf Wasser und Land spezialisierte Antriebe, einzupflanzen, was energieineffizient sein kann, überlegten sie sich eine Möglichkeit, wie sie Beine in Flossen und wieder zurückverwandeln können.
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Die Gliedmaßen der Robo-Turtle bestehen im Inneren aus einem flexiblen Material, das bei Wärmezufuhr weich wird und sich beim Abkühlen wieder verfestigt. Damit eine grundlegende Form beim Erweichen erhalten bleibt, hat das Wissenschaftsteam das Material mit Luftkammern umgeben. Mit ihnen kann die Form vorgegeben werden, je nachdem, wie stark welche Kammern mit Luft gefüllt werden. Die Gliedmaßen lassen sich so innerhalb kurzer Zeit von aerodynamischen schmalen Flossen zu stabilen Beinen umwandeln, die auch ein höheres Körpergewicht tragen können.
Die Gliedmaßen werden dann je nachdem, ob die Fortbewegung im, unter Wasser oder an Land stattfinden soll, mit unterschiedlichen Bewegungsmustern angesteuert. Dabei haben sich die Wissenschaftler an der Fortbewegung von Meeresschildkröten und Landschildkröten orientiert. Der Übergang von Land in Wasser wirkt noch etwas mühselig, hat aber ebenfalls die Natur zum Vorbild. Noch an Land werden Beine in Flossen umgewandelt. Wie eine Meeresschildkröte schiebt sich der Roboter dann mit den Flossen vorwärts ins Wasser.
Nach Ansicht der Forscherinnen und Forscher fällt die Energieeffizienz der Bewegung durch das Konzept der adaptiven Morphogenese deutlich besserer aus als bei der Verwendung zweier verschiedener Antriebsmechanismen.
Bisher sieht die Fortbewegung von ART noch etwas holprig aus. Auch werden die Bewegungen des Roboters über einen externen Rechner gesteuert und er bekommt seine Energie noch von außen über ein Kabel. Hier wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Yale University aber nachlegen und ihn zu einem autarken Roboter umbauen. Das Ziel ist es, ihn dann zur Überwachung von Ökosystemen an Land und im Wasser entlang an Küsten einzusetzen – also dort, wo Roboter, die nur wasser- oder landtauglich sind, nur eingeschränkt eingesetzt werden können.
(olb)