US-Forscher haben einen Off-road-Roboter entwickelt, der auf Sand und Gerölle besser zurecht kommt als bisherige Maschinen. Das könnte bei einer künftigen Marsmission von Vorteil sein.
Stuttgart
Ein Roboter, der flink wie eine Eidechse über den Wüstensand huscht – den haben amerikanische Forscher nun entwickelt. Sie konstruierten einen Laufroboter für körnige oder instabile Untergründe. Ihre Erkenntnisse könnten für zukünftige Marsmissionen nützlich sein.
Chen Li, Tingnan Zhang und Daniel Goldman von der School of Physics am Georgia Institute of Technology (Atlanta) analysierten zunächst, wie die Bewegung über körnige und instabile Oberflächen wie Sand oder Kies allgemein verläuft. Basierend auf diesen Erkenntnissen entwickelten sie einen sechsbeinigen Roboter, der eine Fläche aus trockenen, losen Körnern gut bewältigt.
Komplexe Bewegung
Die US-Wissenschaftler erläutern im Fachjournal „Science“, dass eine Bewegung über Sand und Erde, durch Matsch, Gras und andere „flüssige Untergründe“ komplexer sein kann als eine Bewegung durch Luft oder Flüssigkeiten. Um die optimale Form der Beine und die richtige Schrittfrequenz für das Durchqueren eines solchen instabilen Gebietes zu ermitteln, erfassten Li und seine Kollegen Daten aus der Natur. Sie berücksichtigten bisherige Arbeiten über Insekten und Reptilien wie etwa zum Zebraschwanzleguan und nutzen Computersimulationen.
Nach Messungen der Auftriebs- und Widerstandskräfte, die auf jedes Roboter-Bein in jeder Bewegungsphase anders einwirken, einigten sich die Wissenschaftler auf einen speziellen Roboter-Typ, der jeden Schritt zu optimieren scheint. Dabei spielte auch die Form der Roboterbeine eine Rolle. Die Forscher fanden heraus, dass nach vorne gebogene, rotierende Beine am besonders gut funktionierten. „So lange die Beine konvex sind, erzeugt der Roboter einen großen Auftrieb und einen kleinen Luftwiderstand und kann deshalb schnell laufen“, erläuterte Daniel Goldman. Werde die Form der Beine verändert, zu einer konkaven Form oder zu einem ganz geraden Bein, nehme die Leistungsfähigkeit des Laufroboters ab.
Zukünftiger Marsroboter?
„Die Bewegung von Robotern über raue oder instabile Oberflächen ist eine außerordentliche Herausforderung“, schreibt Melany Hunt vom California Institute of Technology (Caltech, Passadena) in ihrem begleitenden „Science“-Kommentar. Die Studie liefere auch ein besseres Verständnis zum komplexen Untergrund, den Roboter bewältigen sollen. Der neue Roboter laufe noch nicht so effizient wie Tiere, aber die Studie könne helfen, die Leistung von Rovern und Laufrobotern zu verbessern. Das käme zum Beispiel der Entwicklung von Mars-Robotern zu Gute.
Bereits in der Vergangenheit optimierten Wissenschaftler technische Geräte auf Basis von Bewegungsanalysen. Erkenntnisse über die Bewegung von Tieren durch Luft und Wasser führten zu einer Verbesserung der Tragflügel von Flugzeugen oder der Leistung von Unterwasser-Robotern.