Roboter können schlechter laufen als Tiere – trotz technischer Überlegenheit
Roboter mit Beinen können mal mehr, mal weniger gut laufen. An die Leistung von Tieren kommen sie aber nie heran. Woran liegt das?
Roboterhund Spot ist ein guter und sicherer Läufer. Doch so elegant und sicher wie ein Tier kann er nicht laufen.
(Bild: Boston Dynamics)
Ein interdisziplinäres Team von Wissenschaftlern und Ingenieuren verschiedener Universitäten ist der Frage nachgegangen, warum Roboter derzeit nicht mindestens die gleichen Lauffähigkeiten aufweisen wie Tiere. Die Forscher sehen die meisten Teilsysteme von Robotern denen von Tieren zwar als überlegen an, doch laufen Roboter trotzdem langsamer und unsicherer.
In der Studie "Why animals can outrun robots", die in Science Robotics erschienen ist, haben die Wissenschaftler verschiedene Aspekte von Laufrobotern untersucht und sie mit denen von Tieren verglichen. Die Forscher untersuchten dabei fünf Teilsysteme, die für einen laufenden Roboter entscheidend sind. Dieses sind nach Ansicht der Wissenschaftler Antrieb, Rahmen (also Körper), Betätigung, Sensorik und Steuerung. Diese Teilsysteme verglichen die Forscher mit den entsprechenden biologischen Äquivalenten von Tieren. Die ursprüngliche Annahme war, dass die Überlegenheit von Tieren auf einer Überlegenheit ihrer einzelnen biologischen Komponenten basiert. Dies konnten die Wissenschaftler jedoch widerlegen. Sie wiesen nach, dass die biologischen Komponenten im Vergleich schlechter abschnitten als die künstlichen.
"Es stellte sich heraus, dass die technischen Subsysteme mit nur wenigen Ausnahmen die biologischen Äquivalente übertreffen – manchmal sogar radikal", sagt Tom Libby, leitender Forschungsingenieur beim Stanford Research Institute der Stanford University. "Aber es ist auch klar, dass, wenn man Tiere mit Robotern auf der gesamten Systemebene vergleicht, die Tiere in Bezug auf die Bewegung erstaunlich sind. Und die Roboter noch aufholen müssen."
Bessere Integration nötig
Den Schlüssel zur vorhandenen Überlegenheit von Tieren beim Laufen sehen die Forscher vor allem in der Integration und dem Zusammenspiel der einzelnen Komponenten sowie deren Ansteuerung. Sie seien bei Robotern noch nicht auf einem Level, das ausreiche, um Tiere in ihren Lauffähigkeiten zu schlagen. Dabei seien in der Robotik bemerkenswert schnelle Fortschritte gemacht worden. Vergleicht man sie mit der viele Millionen Jahre anhaltenden Entwicklung der Tiere, sei dies eine fantastische Leistung. Das liege aber vor allem auch daran, dass die Evolution ungerichtet sei.
"Während wir die Entwicklung von Robotern sehr wohl korrigieren und etwas mit einem Roboter lernen können, um es dann in jeden anderen Roboter zu übertragen, hat die Biologie diese Möglichkeit nicht. Es gibt also Wege, wie wir bei der Entwicklung von Robotern viel schneller vorankommen können als durch die Evolution – aber die Evolution hat einen gewaltigen Vorsprung."
Die Wissenschaftler hoffen, dass ihre Forschungsarbeit dazu beitragen kann, die künftige Entwicklungsarbeit von Robotern darauf zu fokussieren, nicht allein eine bessere Hardware bauen zu wollen. Stattdessen sollten die Entwickler ihre Bemühungen darauf ausrichten, zu verstehen, wie vorhandene Hardware-Komponenten besser integriert und angesteuert werden können.
(olb)