Mit Greifer und Balancemodul ausgerüsteter Roboter „Salto“ hüpft geschickt von Ast zu Ast
Hörnchen trifft Roboter: Wissenschaftler haben einen Roboter entwickelt, der wie ein Eichhörnchen von Ast zu Ast springen kann. „Salto“ nutzt dafür einen speziellen Greifer und ein spezielles Balancemodul. Damit imitiert der Roboter die Art und Weise, wie Eichhörnchen selbst auf schmalen Ästen Halt finden. In Zukunft könnte er zur Entwicklung agilerer Roboter beitragen, die ihre Dienste zum Beispiel im Bau befindlichen Gebäuden zur Verfügung stellen, wie das Team berichtet.
Die Natur stand schon für zahlreiche Roboter Modell, darunter für einen spinnenartigen Kletterroboter, für einen Roboterarm nach dem Vorbild eines Elefantenrüssels und für einen flinken Schwimmroboter mit zwei flügelartigen Flossen, der einem Mantarochen nachempfunden ist. Doch im Tierreich existieren noch zahlreiche weitere Talente, die sich bionisch nutzen lassen und Robotern neue Einsatzbereiche erschließen könnten.
Athleten der Natur als Vorbild
Forschende um Justin Yim von der University of Illinois Urbana-Champaign haben sich nun die einzigartigen Fähigkeiten von Eichhörnchen zum Vorbild genommen, um dem einbeinigen Sprungroboter „Salto“ (Saltatorial Agile Locomotion on Terrain Obstacles) neue Fähigkeiten zu verleihen. Damit ist er nun gewissermaßen ein Hybrid aus zwei Tierarten, denn sein außergewöhnliches Sprungtalent war ursprünglich von Galagos, auch bekannt als Buschbabys, abgeschaut worden. Die kleinen Primaten können sich aus dem Stand bis zu zwei Meter in die Höhe katapultieren.
Doch zunächst konnte Salto seine kraftvollen Sprünge nur auf ebenem Boden vollführen. Da geht noch mehr, dachten sich Yim und sein Team. „Die Roboter, die wir heute haben, sind okay, aber wie bringt man sie auf die nächste Stufe? Wie bringt man Roboter dazu, sich in einer herausfordernden Umgebung mit Rohren, Balken und Kabeln zurechtzufinden? Eichhörnchen könnten das problemlos“, sagt Koautor Robert Full von der University of California in Berkeley. „Eichhörnchen sind die besten Athleten der Natur. Ihre Manövrier- und Fluchtfähigkeiten sind unglaublich.“
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Eichhörnchen machen Handstand
Das Team begann daher damit, den Bewegungsablauf von Eichhörnchen zu studieren – insbesondere, wie sie nach einem Sprung auf einem schmalen Ast landen, ohne ihr Gleichgewicht zu verlieren. Denn genau das sollte auch Salto lernen. Anhand von Hochgeschwindigkeitsvideos und Sensormessungen fanden Yim und seine Kollegen heraus, dass Eichhörnchen nach einem Sprung zunächst eine Art Handstand auf dem Ast machen.
Mithilfe der Ballen an ihren Füßen greifen sie dann den Ast und drehen sich, um das übermäßige Drehmoment auszugleichen, das sie über oder unter den Ast zu schleudern droht. Indem Eichhörnchen ihre Bremskraft beim Landen auf dem Ast anpassen, können sie also ein mögliches Über- oder Unterschießen ausgleichen.
Mit Upgrades zum Robo-Hörnchen
Um diesen Mechanismus auf Salto zu übertragen, machte sich das Team ein ohnehin in dem Roboter verbautes motorisiertes Schwungrad zunutze. Es hilft ihm beim Balancieren – ähnlich wie Menschen ihre Arme schwingen, um das Gleichgewicht wiederherzustellen. Damit Salto damit auf einem schmalen Ast landen kann, entschied das Team, die Motoren, die das Schwungrad in Rotation versetzen, umzukehren und sie so zum Bremsen bei der Landung zu nutzen.
Außerdem erhielt Salto ein zusätzliches Körperteil. „Wir haben uns für den schwierigsten Weg entschieden und dem Roboter keine Möglichkeit gegeben, mit seinen Füßen ein Drehmoment auf den Ast auszuüben. Wir haben speziell einen passiven Greifer entwickelt, der sogar eine sehr geringe Reibung aufweist, um dieses Drehmoment zu minimieren“, erklärt Yim. Dadurch behält der Greifer stets einen lockeren Griff um den Ast – genau wie die Fußballen von Eichhörnchen.
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Das Video zeigt Salto in Aktion. © Grace Emerton/ iStock
Auf dem Weg zu agileren Robotern
Die Modifikationen erwiesen sich als erfolgreich: In 30 Versuchen sprang und landete Salto 25-mal erfolgreich und fiel nur fünf Mal von seinem Zielast herunter. Bei zwei der erfolgreichen Versuche gelang ihm eine aufrechte, ausbalancierte Landung, bei den übrigen Versuchen blieb er immerhin am Ast hängen und schwang sich über oder unter ihn.
Yim und seine Kollegen werten das als großen Schritt hin zur Entwicklung agilerer Roboter. In Zukunft könnten solche Roboter zum Beispiel zwischen den Fachwerken und Trägern von im Bau befindlichen Gebäuden hin und her springen oder die Umgebung in Wäldern und Baumkronen überwachen.
