Autonome Systeme Roboter-Tausendfüßler navigiert mit dynamischer Instabilität

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Einen tausendfüßlerähnlichen Roboter haben Forschende der Universität Osaka entwickelt und gezeigt, wie seine Bewegung zwischen geradem und gekrümmtem Gang umgeschaltet werden kann. Dies könnte bei Such- und Rettungsaktionen oder der Erforschung von Planeten hilfreich sein.

Forschende der Abteilung für Mechanik und Biotechnik an der Universität Osaka haben einen neuartigen Laufroboter entwickelt, der sich die dynamische Instabilität zunutze macht, um zu navigieren. Durch die Veränderung der Flexibilität der Kupplungen kann der Roboter ohne komplexe Computersteuerung zum Drehen gebracht werden. Diese Arbeit könnte bei der Entwicklung von Rettungsrobotern helfen, die in der Lage sind, unebenes Gelände zu durchqueren.

Roboter mit Beinen sind sehr anfällig

Die meisten Tiere auf der Erde haben ein robustes Fortbewegungssystem mit Beinen entwickelt, das ihnen ein hohes Maß an Mobilität in einem breiten Spektrum von Umgebungen ermöglicht. Etwas enttäuschend ist, dass Ingenieure, die versucht haben, diesen Ansatz zu kopieren, oft feststellen mussten, dass Roboter mit Beinen erstaunlich anfällig sind. Der Ausfall auch nur eines Beins aufgrund wiederholter Belastung kann die Funktionsfähigkeit dieser Roboter stark einschränken. Darüber hinaus erfordert die Steuerung einer großen Anzahl von Gelenken, damit der Roboter komplexe Umgebungen durchqueren kann, viel Computerleistung. Verbesserungen in diesem Bereich wären für den Bau von autonomen oder halbautonomen Robotern, die als Erkundungs- oder Rettungsfahrzeuge in gefährliche Gebiete vordringen könnten, äußerst nützlich.

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Myriapod-Roboter macht sich seine natürliche Instabilität zunutze

Forscher der Universität Osaka haben nun einen biomimetischen Myriapod-Roboter entwickelt, der sich eine natürliche Instabilität zunutze macht, die das gerade Gehen in eine gekrümmte Bewegung umwandeln kann. In einer in der Zeitschrift Soft Robotics veröffentlichten Studie beschreiben die Forscher der Universität Osaka ihren Roboter, der aus sechs Segmenten (mit zwei Beinen pro Segment) und flexiblen Gelenken besteht. Mit Hilfe einer einstellbaren Schraube kann die Flexibilität der Verbindungen während der Gehbewegung mit Motoren verändert werden.

Die Forscher haben gezeigt, dass eine Erhöhung der Flexibilität der Gelenke zu einer Situation führt, die als „Gabelung“ bezeichnet wird, bei der das gerade Gehen instabil wird. Stattdessen geht der Roboter dazu über, in einem gekrümmten Muster zu laufen, entweder nach rechts oder nach links. Normalerweise würden die Ingenieure versuchen, Instabilitäten zu vermeiden. Wenn man sie jedoch kontrolliert nutzt, kann man eine effiziente Manövrierfähigkeit erreichen.

„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“, erklärt Shinya Aoi, einer der Autoren der Studie. Da dieser Ansatz die Bewegung der Körperachse nicht direkt steuert, sondern eher die Flexibilität kontrolliert, kann er sowohl den Rechenaufwand als auch den Energiebedarf erheblich reduzieren.

Roboter kommt auf gekrümmten Pfaden zum Ziel

Das Team testete die Fähigkeit des Roboters, bestimmte Orte zu erreichen, und stellte fest, dass er in der Lage ist, auf gekrümmten Pfaden zu Zielen zu navigieren. „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“, so Mau Adachi, ein weiterer Autor der Studie. Zukünftige Versionen könnten zusätzliche Segmente und Kontrollmechanismen enthalten.

Das Video zeigt die manövrierfähige Fortbewegung eines Myriapod-Roboters, der sich mehreren auf dem Boden platzierten Zielen nacheinander nähert:

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