Roboter-Tausendfüßler gehen spazieren

29. Mai 2023 (Nanowerk-Neuigkeiten) Forscher der Abteilung für Maschinenbau und Bioingenieurwesen der Universität Osaka haben einen neuen Laufrobotertyp erfunden, der sich dynamische Instabilität zum Navigieren zunutze macht. Durch Ändern der Flexibilität der Kupplungen kann der Roboter zum Drehen gebracht werden, ohne dass komplexe rechnerische Steuerungssysteme erforderlich sind. Diese Arbeit kann zur Entwicklung von Rettungsrobotern beitragen, die in der Lage sind, unebenes Gelände zu überwinden. Die meisten Tiere auf der Erde haben ein robustes Fortbewegungssystem mit Beinen entwickelt, das ihnen in einer Vielzahl von Umgebungen ein hohes Maß an Mobilität ermöglicht. Etwas enttäuschend ist, dass Ingenieure, die versucht haben, diesen Ansatz zu reproduzieren, oft festgestellt haben, dass Roboter mit Beinen überraschend zerbrechlich sind. Der Ausfall auch nur eines Beins aufgrund der wiederholten Belastung kann die Funktionsfähigkeit dieser Roboter erheblich einschränken. Darüber hinaus erfordert die Steuerung einer großen Anzahl von Gelenken, damit der Roboter komplexe Umgebungen durchqueren kann, viel Computerleistung. Verbesserungen dieses Designs wären äußerst nützlich für den Bau autonomer oder halbautonomer Roboter, die als Erkundungs- oder Rettungsfahrzeuge fungieren und gefährliche Bereiche betreten könnten. Myriapod-Roboter (A) und variabler Körperachsenflexibilitätsmechanismus (B. Vorderansicht, C. Draufsicht, D. Schematische Darstellung der Draufsicht). (Bild: CC BY-NC, 2023, Aoi et al., Soft Robotics) Nun haben Forscher der Universität Osaka einen biomimetischen „Myriapod“-Roboter entwickelt, der sich eine natürliche Instabilität zunutze macht, die gerades Gehen in gekrümmte Bewegungen umwandeln kann. In einer kürzlich veröffentlichten Studie in Weiche Robotik (“Maneuverable and efficient locomotion of a myriapod robot with variable body-axis flexibility via instability and bifurcation”) beschreiben Forscher der Universität Osaka ihren Roboter, der aus sechs Segmenten (mit jeweils zwei Beinen verbunden) und flexiblen Gelenken besteht. Über eine Stellschraube lässt sich die Flexibilität der Kupplungen während der Gehbewegung motorisch verändern. Die Forscher zeigten, dass eine zunehmende Flexibilität der Gelenke zu einer Situation namens „Heugabelgabelung“ führte, bei der das gerade Gehen instabil wird. Stattdessen geht der Roboter dazu über, in einem gekrümmten Muster zu gehen, entweder nach rechts oder nach links. Normalerweise würden Ingenieure versuchen, die Entstehung von Instabilitäten zu vermeiden. Ihr kontrollierter Einsatz 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 schnelle Bewegungsänderungen herbeizuführen“, sagt Shinya Aoi, eine Autorin der Studie. Da dieser Ansatz nicht direkt die Bewegung der Körperachse steuert, sondern vielmehr die Flexibilität steuert, kann er sowohl den Rechenaufwand als auch den Energiebedarf erheblich reduzieren. Stabile und instabile Gangmuster abhängig von der Flexibilität der Körperachse. (Bild: CC BY-NC, 2023, Aoi et al., Soft Robotics) Das Team testete die Fähigkeit des Roboters, bestimmte Orte zu erreichen, und stellte fest, dass er navigieren konnte, indem er gekrümmte Pfade zu Zielen nahm. „Wir können Anwendungen in einer Vielzahl von Szenarien vorhersehen, etwa bei der Suche und Rettung, beim Arbeiten in gefährlichen Umgebungen oder bei der Erkundung anderer Planeten“, sagt Mau Adachi, ein weiterer Studienautor. Zukünftige Versionen können zusätzliche Segmente und Kontrollmechanismen enthalten.

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• Quelle: https://www.nanowerk.com/news2/robotics/newsid=63068.php