25.03.2013, 15:30 Uhr | 0 |

Vorbild Mensch Sehnentechnik verhilft Roboy zum sanften Händedruck

Roboy ist ein sanfter Zeitgenosse. Der humanoide Roboter aus Zürich hat sich vom Menschen so viel Technik abgeschaut, dass es sogar einen sanften Händedruck beherrscht.

Roboy, ein Roboter der ETH Zürich, soll sich ähnlich fließend wie ein Menschen bewegen
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Roboy, ein Roboter der ETH Zürich, soll sich ähnlich fließend wie ein Menschen bewegen. Um ihm ein menschliches Antlitz zu geben, ist sein Gesicht mit einer künstlichen Haut überzogen.

Foto: ETH Zürich

Neun Monate hat es gedauert, bis "Roboy" das Licht der Welt erblickte. Wie ein Kind sieht das feingliedrige Wesen aus, ausgestattet mit künstlichen Knochen, Sehnen und Muskeln. Sein Körperbau ist dem des Menschen verblüffend ähnlich. Das ist kein Zufall. Die Robotikforscher um den Initiator des Roboy-Projekts, Professor Rolf Pfeiffer vom Artificial Intelligence Lab (AI Lab) der Universität Zürich, haben das Prinzip der Natur abgeschaut. Der Prototyp einer neuen Generation von humanoiden Robotern wurde am 9. März auf dem Weltkongress "Robots on Tour" in Zürich erstmals der Öffentlichkeit präsentiert.

Roboter mit sehnengesteuerter Antriebstechnologie

Roboy ist eine Weiterentwicklung der Technologie des EU-Forschungsprojekts "Eccerobot". Ziel ist eine intelligente Maschine, die nicht nur die Form eines Menschen nachahmt, sondern auch die innere Struktur (Anatomie), die Mechanismen des menschlichen Bewegungsapparats nachempfindet und wie ein Mensch auf zwei Beinen gehen kann. Roboy und der "Eccerobot" besitzen eine sehnengesteuerte Antriebstechnologie, was menschenähnliche Bewegungen und Reaktionen auf die Umgebung erlaubt.

Die Bewegungen der Körperteile stehen miteinander in Beziehung. "Da sich Roboter physisch in der Umwelt bewegen, führt dies zu völlig neuartigen Interaktionen zwischen Mensch und Maschine, die weit über die bisherige Informationstechnologie wie Laptop oder Smartphones hinausgehen", sagt Rolf Pfeifer. Der Mathematiker und Physiker gehört zu den international renommiertesten Experten im Gebiet der Robotikforschung. Mit Roboy möchte das Projektteam aufzeigen, an welchen Themen im Bereich der Robotik geforscht wird und welche Technologien bereits serienreif eingesetzt werden können.

Das Ergebnis kann sich sehen lassen: Der 1,30 m große Roboy gehört zur Kategorie "soft robot". "Er verfolgt das Ziel, sich eines Tages fast so geschmeidig und elegant wie ein Mensch bewegen zu können", erklärt Eugen Elmiger, CEO des Schweizer Antriebsspezialisten Maxon Motor. Das Unternehmen verfügt bereits über langjährige Erfahrungen in der Robotik – z. B. in der Medizintechnik, Industrieautomatisierung oder in der Raumfahrt – und stellt als Hauptpartner des Roboy-Projekts aktuellstes Schweizer Hightech-Know-how zur Verfügung.

50 bürstenlose Maxon-Motoren in Kombination mit Getrieben und Encodern sorgen für präzise Bewegungen der künstlichen Muskeln im Roboy. "Speziell entwickelt haben wir vor allem die Programmierung der Positioniersteuerungen", erläutert Elmiger. So stammt auch die gesamte Antriebselektronik von Maxon Motor.

Fließende Bewegungen erfordern großen Datenmengen

"Schnelle, sanfte Bewegungen sind schwierig nachzubauen", wissen die Forscher im Zürcher AI Lab. Denn je fließender die Bewegungen, desto genauer müssen die Positionen der einzelnen Gliedmaßen berechnet werden und desto größere Datenmengen fallen an. Bei Roboy werden die Gelenke über Kunststofffäden gesteuert. Ein Muskel besteht aus je einem Elektromotor mit Getriebe, Drachenschnur und einem Gummiband. Die Schnüre übernehmen die Funktion der Sehnen und verbinden die Plastikknochen des künstlichen Skeletts miteinander. Kleine Elektromotoren ziehen und verkürzen die künstlichen Sehnen in der Schulter, den beiden Armen und Händen und ahmen zusammen mit elastischen Metallfedern die Muskelbewegung im menschlichen Körper nach.

Die fein abgestimmte Motorik von Roboy hat entscheidende Vorteile gegenüber den "steifen" Industrierobotern mit Gelenken, die direkt von Elektromotoren gedreht und gebeugt werden. "Flexibilität ist vor allem für einen Serviceroboter, der sich im Umfeld von Menschen bewegen soll, enorm wichtig", erläutert Maxon-Chef Elmiger. "Auch die passive Sicherheit ist damit gewährleistet, was eine Zusammenarbeit mit Menschen ermöglicht."

Generell gilt Sicherheit als einer der wichtigsten Punkte in der Robotik. "Im Operationssaal muss jede Bewegung des Chirurgieroboters exakt stimmen. Und zu Hause soll der Robo-Butler natürlich nur die Kartoffeln und nicht die Katze in die Pfanne hauen", sagt Elmiger schmunzelnd.

Für das Feingefühl sorgen neben den Antrieben zahlreiche Sensoren. Über 100 Analogsensoren hat beispielsweise die Baumer Group, Frauenfeld/Schweiz, dafür zur Verfügung gestellt. Sie erfassen die Kraft der einzelnen Antriebe und helfen die Position der einzelnen Körperteile zu bestimmen. Damit Roboy menschliche Hände erkennt und schütteln kann, sind zudem flache kapazitive Sensoren des Herstellers integriert. Neben den Wissenschaftlern des Schweizer AI Labs beteiligen sich auch internationale Forschergruppen aus Deutschland und Japan an dem Projekt, darunter die Gruppe von Alois Knoll am Lehrstuhl für Robotik und Echtzeitsysteme der TU München, welche die Steuerungssysteme geliefert hat.

Kopf des Roboy ist mit einer künstlichen Haut überzogen

Komplett neu entworfen wurde der Kopf des Roboy. Grundlage für das endgültige Design war eine Abstimmung in der Roboy-Community auf Facebook. Mehr als 600 Fans verfolgen seit Monaten die Entwicklung des Roboter-Jungen. Um Roboy noch menschenähnlicher zu machen, haben die Schweizer Wissenschaftler ihn mit einer künstlichen, weichen Haut überzogen. Roboy kann Gesichter wiedererkennen und hat zudem dank kapazitiver Sensoren an den Handinnenflächen eine Art "Körpergefühl". So kann er festzustellen, ob er nur lebloses Material in der Hand hält oder die Hand eines Menschen drückt.

Fehlt nur noch, dass Roboy demnächst in Serie produziert werden kann. Das Know-how für die Herstellung ist schon weit gediehen. Eine vollständig in CAD und 3-D-Printtechnologie gefertigte Konstruktion soll die Herstellung eines individuellen Roboter rasch ermöglichen. Ein persönliches Kennenlernen vorab ist möglich. Roboy kann für exklusive Anlässe ausgeliehen werden.

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Von Michaela Geiger | Präsentiert von VDI Logo
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