Geländetaugliche Maschine: Roboter-Echse flitzt über Sand

Auf festem Untergrund sind Roboter schon gut unterwegs: Ein Exemplar etwa läuft schneller als Usain Bolt, ein anderes kann sich dank einer Konstruktion aus Weichteilen an Hindernissen vorbei quetschen. Auf Sand und körnigem Untergrund bekommt allerdings so mancher Roboter seine Probleme.

Drei Forscher vom Georgia Institute of Technology in Atlanta haben nun einen Laufroboter entwickelt, der flink wie eine Eidechse über Wüstensand huschen kann. Dies könnte für künftige Mars-Missionen nützlich sein, meinen Chen Li, Tingnan Zhang und Daniel Goldman.

Sie 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.

Die US-Wissenschaftler erläutern im Fachmagazin "Science", dass eine Bewegung über Sand und Erde, durch Matsch, Gras und ähnliche Böden 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.

Noch nicht so effizient wie ein Tier

Nach Messungen der Auftriebs- und Widerstandskräfte, die auf jedes Roboterbein in jeder Bewegungsphase anders einwirken, einigten sich die Wissenschaftler auf einen speziellen Roboter-Typ. Sie fanden heraus, dass nach vorne gebogene, rotierende Beine 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.

"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. Bislang sind die Mars-Rover allerdings auch auf Rädern sehr erfolgreich. Nur "Spirit" verlor recht früh die Kontrolle über eines seiner sechs Räder - war aber dennoch jahrelang erfolgreich im Einsatz.

Bereits in der Vergangenheit verbesserten Wissenschaftler technische Geräte, indem sie Bewegungen von Tieren analysierten - so konnten beispielsweise Tragflügel von Flugzeugen oder die Leistung von Unterwasser-Robotern optimiert werden.