Robotik bei Minusgraden Vierbeiniger Roboter mit Eisbärenpfoten für Arktis-Mission

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Deep Robotics schickt einen modifizierten vierbeinigen Roboter in die Arktis. Statt auf Rädern läuft das System auf bionischen Tatzen sicher über brüchige Eisschollen. Die Technik soll gefährliche Forschungsexpeditionen erleichtern.

Der chinesische Hersteller Deep Roboticshat eine speziell angepasste Variante seines vierbeinigen Roboters Lynx S10 auf eine Expedition in die Arktis entsandt. Ziel der Mission, bei der das rund 20 Kilogramm schwere System von einem Forschungsschiff aus auf Eisschollen abgesetzt wurde, war die Erprobung von Mobilität und Zuverlässigkeit unter extremen klimatischen Bedingungen. In seiner Standardausführung ist der Lynx S10 als Rad-Bein-Hybrid konzipiert. Diese Bauweise erlaubt es der Maschine normalerweise, auf ebenem Terrain rollend Energie zu sparen und in unwegsamem Gelände in einen Laufmodus zu wechseln.

Für die unwirtliche Umgebung des Arktischen Ozeans erwies sich das herkömmliche Radkonzept jedoch als unzureichend. Räder finden auf glattem, nassem Eis oder in tiefem Schnee kaum Traktion und sinken unter Belastung schnell ein. Um die Bewegungsfähigkeit in der Polarregion sicherzustellen, haben die Ingenieure den Roboter daher grundlegend modifiziert. Die auffälligste und wichtigste Änderung betrifft die Fortbewegungselemente: Die Entwickler ersetzten die herkömmlichen Radmodule an den Enden der vier Beine durch großflächige, biomimetische Pfoten. Diese orientieren sich an der Morphologie von Eisbärenpfoten. Die Konstruktion verteilt das Gewicht des Roboters auf eine deutlich größere Fläche und verhindert so effektiv, dass die Maschine in weichem Schnee einsinkt oder durch dünne Eiskrusten bricht.

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Schwimmhilfen und erhöhte Schutzklasse

Für den notwendigen Halt auf hartem Glatteis versahen die Konstrukteure die künstlichen Pfoten mit einer rutschfesten Oberflächenstruktur sowie integrierten Krallen, die ähnlich wie Steigeisen wirken. Darüber hinaus vergrößerte das Team die Oberfläche der Beinteile. Dadurch können diese im Bedarfsfall als Paddel fungieren, wenn sich der Roboter durch Zonen aus vermischtem Eis und Wasser bewegen muss. Um die Schwimmfähigkeit der Maschine beim Durchwaten tiefer Schmelzwasserpfützen zu gewährleisten, wurden an den oberen Gliedmaßen zusätzlich luftgefüllte Auftriebskörper angebracht.

Neben der Mechanik passte der Hersteller auch die Widerstandsfähigkeit der Hardware an die extremen Umweltbedingungen an. Während die regulären Varianten des Roboters je nach Ausführung nach IP54 oder IP66 gegen Staub und Strahlwasser geschützt sind, hoben die Entwickler die Abdichtung des Arktis-Prototyps auf die Schutzklasse IP67 an. Das Gehäuse ist somit auch bei einem zeitweiligen Untertauchen in eisigem Wasser vor eindringender Feuchtigkeit geschützt. Da der Standardbetriebsbereich des Lynx S10 üblicherweise bei minus 20 Grad Celsius endet, integrierte das Team zudem spezielle Isolierungen und Kälteschutzkomponenten. Diese bewahren die Elektronik und die Akkumulatoren vor einem Funktionsverlust durch extreme Minusgrade.

Autonome Navigation im Treibeis

Die Fortbewegung im unvorhersehbaren und teils tückischen Gelände erfolgt weitgehend autonom. Der Roboter greift dabei auf eine KI-gestützte Bewegungssteuerung zurück. Diese wurde in Kooperation mit der Sun-Yat-sen-Universität, der Westlake-Universität und der Hangzhou-Dianzi-Universität weiterentwickelt, um die Pfotengeometrie und die Steuerungsalgorithmen für das Eis zu optimieren. Ein spezieller Algorithmus analysiert permanent die Bodenbeschaffenheit und wählt die passende Gangart. Das Spektrum reicht vom vorsichtigen Tasten auf brüchigem Eis bis hin zum kraftvollen Waten durch Schneematsch.

Für die Orientierung in der Wildnis nutzt der Lynx S10 mehrere Systeme:

• vier HDR-Ultraweitwinkelkameras für kontrastreiche Bilder zur präzisen Hinderniserkennung

• vorder- und rückseitige Lidar-Sensoren zur dreidimensionalen Echtzeit-Kartierung der Umgebung

• eine Aufrichtfunktion, um das Terrain bei Bedarf aus einer höheren Perspektive zu überblicken

Während der Tests auf dem arktischen Treibeis demonstrierte das System, dass es instabile Oberflächen und Zonen aus vermischtem Eis und Wasser bewältigen kann. Die Pfoten und Krallen hielten den Roboter auf rutschigem Untergrund stabil. In einem Fall glitt die Maschine über scheinbar festes Terrain mit einem von Schnee verdeckten Wasserloch, ohne dabei die Balance zu verlieren. Laut Berichten bewegte sich der Roboter in besonders kritischen Passagen zwar nur mit stark reduzierter Geschwindigkeit, verlor jedoch zu keinem Zeitpunkt seine Stabilität. Dabei ist anzumerken, dass eine Bestätigung einzelner Leistungsangaben durch unabhängige Dritte bislang nur eingeschränkt vorliegt.

Deep Robotics betont, dass sich der modifizierte Lynx S10 derzeit noch in einem Alpha-Stadium befindet und es sich nicht um ein fertiges Serienprodukt handelt. Die Erkenntnisse und gesammelten Daten aus dieser Expedition sollen direkt in die Serienentwicklung einfließen. Das erklärte Ziel ist es, ein zuverlässiges Werkzeug für wissenschaftliche Expeditionen oder Rettungseinsätze zu schaffen, mit dem unwirtliche, abgelegene oder gefährliche Gebiete erkundet werden können, ohne Menschen unnötigen Risiken auszusetzen.  (mc)

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