Forscher der Fakultät für Maschinenbau und Bioingenieurwesen der Universität Osaka haben einen neuen Laufroboter erfunden, der dynamische Instabilität zur Navigation nutzt. Durch Veränderung der Flexibilität der Kupplungen kann der Roboter zum Wenden gebracht werden, ohne dass komplexe computergestützte Steuerungssysteme erforderlich sind. Diese Arbeit könnte zur Entwicklung von Rettungsrobotern beitragen, die unebenes Gelände bewältigen können.
Die meisten Tiere auf der Erde haben ein robustes Fortbewegungssystem mit Beinen entwickelt, das ihnen ein hohes Maß an Mobilität in einer Vielzahl von Umgebungen ermöglicht. Etwas enttäuschend stellten Ingenieure, die versucht haben, diesen Ansatz nachzubilden, oft fest, dass Roboter mit Beinen überraschend zerbrechlich sind. Der Bruch auch nur eines Beins aufgrund der wiederholten 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 Design wären äußerst nützlich für den Bau autonomer oder halbautonomer Roboter, die als Erkundungs- oder Rettungsfahrzeuge fungieren und gefährliche Bereiche betreten könnten.
Nun haben Forscher der Universität Osaka einen biomimetischen „Myriapod“-Roboter entwickelt, der eine natürliche Instabilität ausnutzt und gerades Gehen in eine Kurvenbewegung umwandeln kann. In einer kürzlich in Soft Robotics veröffentlichten Studie beschreiben Forscher der Universität Osaka ihren Roboter, der aus sechs Segmenten (mit jeweils zwei Beinen an jedem Segment) und flexiblen Gelenken besteht. Mithilfe einer verstellbaren Schraube kann die Flexibilität der Kupplungen während der Gehbewegung mit Motoren verändert werden. Die Forscher zeigten, dass eine Erhöhung der Flexibilität der Gelenke zu einer Situation namens „Heugabelgabelung“ führte, in der gerades Gehen instabil wird. Stattdessen geht der Roboter dazu über, in einem Kurvenmuster zu gehen, entweder nach rechts oder nach links. Normalerweise würden Ingenieure versuchen, Instabilitäten zu vermeiden. Der kontrollierte Einsatz dieser Instabilitäten kann jedoch eine effiziente Manövrierfähigkeit ermöglichen. „Wir wurden von der Fähigkeit bestimmter extrem agiler Insekten inspiriert, die dynamische Instabilität ihrer eigenen Bewegung zu kontrollieren und so schnelle Bewegungsänderungen herbeizuführen“, sagt Shinya Aoi, einer der Autoren der Studie. Da bei diesem Ansatz nicht direkt die Bewegung der Körperachse gesteuert wird, sondern lediglich die Flexibilität kontrolliert wird, können sowohl der Rechenaufwand als auch der Energiebedarf deutlich reduziert werden.
Das Team testete die Fähigkeit des Roboters, bestimmte Orte zu erreichen, und stellte fest, dass er auf gekrümmten Pfaden zu Zielen navigieren konnte. „Wir können uns Anwendungen in einer Vielzahl von Szenarien vorstellen, etwa bei Such- und Rettungsaktionen, bei der Arbeit in gefährlichen Umgebungen oder bei der Erkundung anderer Planeten“, sagt Mau Adachi, ein weiterer Autor der Studie. Zukünftige Versionen könnten zusätzliche Segmente und Kontrollmechanismen enthalten.