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Menschlicher Gang

Roboter spazieren mit Hüftschwung

Bislang trampeln zweibeinige Roboter eher schwerfällig durch die Landschaft. Entsprechend viel Energie - und damit Batterieleistung - brauchen sie auch. Doch jetzt haben Wissenschaftler stromsparende Roboter entwickelt, die wie Kinder laufen lernen und den menschlichen Gang elegant nachahmen.

Sie wirken noch etwas steif in der Hüfte, und auch die Kniestreckung ist nicht ganz so flüssig. Doch die drei neuen Roboter, die Forscher aus Holland und den USA nun vorgestellt haben, dürften gehörig Bewegung in die Entwicklung humanoider Maschinen bringen. Denn die eleganten Zweibeiner, von ihren Konstrukteuren in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins "Science" vorgestellt, verbrauchen bei ihren Streifzügen nicht viel mehr Energie als ein Mensch.

Ihr Vorbild sind so genannte "passiv-dynamische" Roboter. Was zunächst widersprüchlich klingt, beruht auf einem einfachen Prinzip. Ohne eigenes Zutun (das heißt passiv) lassen sich die Maschinen allein von der Schwerkraft einen Abhang hinuntertreiben. Dabei sorgen die Gravitation und eine ausgeklügelte Mechanik dafür, dass die Roboter ein Bein vor das andere setzen. Automatisch beginnen sie die Arme im Takt der Schritte zu schwingen, was zusätzlich Energie spart.

Die drei Forschergruppen haben sich nun genau dieses Prinzips bedient. Allerdings bewegen sich ihre humanoiden Schützlinge auch in der Ebene äußerst energiesparend voran. Die Aufgabe der Schwerkraft übernehmen dabei kleine Motoren, die beispielsweise beim an der Cornell University im US-Bundesstaat New York entwickelten Roboter eine Feder im Knöchel antreiben. Wird die Feder losgelassen, hebt sich der Knöchel, und der Fuß bewegt sich nach vorne. Setzt der vordere Fuß wieder auf dem Boden auf, stößt sich auch der hintere Knöchel ab. Es entsteht eine flüssige, leicht nach rechts und links schaukelnde Bewegung.

Zehnmal effizienter als die Konkurrenz

Vor allem aber verbraucht diese Art der Fortbewegung sehr wenig Energie. "Allem Anschein nach nutzen wir die Energie mindestens zehnmal besser aus als alle anderen existierenden Roboter", sagt Konstrukteur Andy Ruina. Ersten Berechnungen zufolge ist die zweibeinige Konstruktion, bezogen auf das Gewicht und die zurückgelegte Strecke, fast genauso effizient wie der Mensch.

Auch die zweite Neuentwicklung, von Martijn Wisse an der niederländischen Universität Delft zusammengeschraubt, ist einfach aufgebaut. Fast doppelt so groß wie der hüfthohe Kollege aus New York, wird der holländische Roboter von einer pneumatischen Hüfte vorangetrieben.

Standhaft und lernfähig

Roboter Nummer drei setzt dagegen auf die Kraft der Computer: Die am Massachusetts Institute of Technology in Boston entwickelte Maschine ist lernfähig und passt sich, so seine Erbauer, innerhalb von 20 Minuten oder 600 Schritten an fast jeden Untergrund an.

Der Computer steuert dann auf Basis dieser Erfahrungswerte die Elektromotoren in den Knöcheln. Die Maschine, wegen ihres zunächst unsicheren Ganges und der raschen Lernfähigkeit "Kleinkind" getauft, setzt sich energiesparend in Bewegung. "Unser Roboter ist der erste, der Laufen lernt, ohne dass zuvor entsprechende Informationen in seinem Controller vorhanden sein müssen", sagt sein Erbauer Russ Tedrake.

Die Maschinen laufen nicht nur zum Spaß. Und auch die Entwicklung eines humanoiden Roboters steht nicht im Vordergrund des Forschungsprogramms. Die Wissenschaftler wollen mit ihren Konstruktionen vielmehr die menschliche Biomechanik und Bewegungsfähigkeit detaillierter verstehen. Nicht zuletzt könnten die Laufmaschinen dazu beitragen, bessere Beinprothesen zu entwickeln.

Warum überhaupt humanoide Roboter bauen?

Führend auf dem Gebiet zweibeiniger Stahlgefährten sind japanische Forscher. Auf der diesjährigen Expo in Japan soll die Welt über Dutzende Humanoide staunen, die Großkonzerne wie Toyota oder Sony entwickelt haben. Sie sollen sich in der vergreisenden Gesellschaft als Haushaltshelfer und Pflegekräfte nützlich machen.

Auf der Tagung "Robotics in Progress", die bis zum heutigen Freitag in Bremen stattfindet, stellten Experten jedoch immer wieder das an Menschen oder Tieren angelehnte Design von Robotern in Frage. Axel Thallemer, Professor für Industriedesign an der Kunstuniversität Linz, hält Humanoide oder Roboterhunde wie Sonys Aibo für einen "absolut falschen Ansatz". Man sollte bei der Gestaltung eher von der Funktion ausgehen, so Thallemer. "Dabei kommt dann sicher etwas ganz anderes heraus."

Volker Albus, Professor an der Staatlichen Hochschule für Gestaltung in Karlsruhe, sagte, man solle dem Prinzip folgen, nicht die Natur zu kopieren, sondern ihre Funktionen.

Für ein menschliches Antlitz bei Robotern plädierte hingegen Peter Steinhaus, Robotik-Forscher an der Uni Karlsruhe, weil dies die Akzeptanz der Maschinenwesen erhöhe. Zudem sei das menschliche Umfeld "auf die humanoide Gestalt optimiert". Auch wenn ein Roboter einem Menschen helfen solle, etwa beim Tragen eines schweren Gegenstandes, sei die menschliche Gestalt von Vorteil.