Rhythmischer Roboter bewegt sich effizient wie ein Mensch oder Tier
Forschende der TU München haben ein Tool entwickelt, das Robotern eine Art Rhythmusgefühl verleiht und ihnen mühelose Bewegungen ermöglicht.
Dank eines neuen Tools kann sich BERT fast so rhytmisch und ökonomisch fortbewegen wie Mensch und Tier. Entwickelt wurde er in Co-Produktion von DLR (Hardware) und TUM (Software).
Foto: Andreas Heddergott /TUM
Menschen und Tiere bewegen sich auf erstaunlich ökonomische Weise. Ohne nachzudenken, nutzen sie die Eigenschwingungen ihres Körpers, um Energie zu sparen. Forschende der Technischen Universität München (TUM) haben dieses Prinzip nun erstmals auf Roboter übertragen. Ein neues Tool ermöglicht es, die effizientesten Bewegungen eines Systems präzise zu berechnen. Diese Erkenntnis könnte Robotern ein ganz neues Rhythmusgefühl verleihen.
Ökonomie in Bewegung
Ein Beispiel aus der Tierwelt verdeutlicht das Prinzip: Vierbeiner wechseln automatisch vom Schritt in den Trab, wenn sie eine bestimmte Geschwindigkeit erreichen. Der Grund? Ein Gangwechsel spart Energie. Bereits vor über 40 Jahren wurde dieser Zusammenhang entdeckt. Nun hat Prof. Alin Albu-Schäffer, Experte für robotergestützte Assistenzsysteme an der TUM, das Wissen auf die Robotik übertragen.
„Menschen und Tiere nutzen ihre intrinsische Dynamik, um Bewegungen zu optimieren“, erklärt Prof. Albu-Schäffer. Dazu gehören Anpassungen der Muskelsteifigkeit, die intuitiv erfolgen – etwa beim Laufen auf verschiedenen Untergründen. Bei Robotern ist diese Anpassungsfähigkeit eine große Herausforderung. Mit dem neuen Tool kann die natürliche Effizienz von Bewegungsmustern jedoch analysiert und nachgeahmt werden.
So funktioniert das neue Tool
Das von der TUM entwickelte Tool ermöglicht es, besonders energieeffiziente Bewegungen eines Roboters zu identifizieren. „Uns ist es erstmals gelungen, intrinsische hocheffiziente Bewegungen berechenbar zu machen“, erklärt Albu-Schäffer. Diese Technologie wurde unter anderem an einem vierbeinigen Roboter namens BERT getestet. Der Roboter, der gemeinsam mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt wird, dient als Schlüsselmodell für die Forschung.
BERT kann durch die Analyse seiner Bewegungsmuster verschiedene Gangarten wie Gehen, Trab und Hüpfen ausführen – ähnlich wie Tiere in der Natur. „Wir haben damit bestätigt, dass effiziente Bewegungen durch die Nutzung natürlicher Schwingungsmuster realisiert werden können“, so Albu-Schäffer. Die EU fördert dieses Projekt durch einen ERC Advanced Grant.
Intuitives Timing für dynamische Bewegungen
Die Herausforderung liegt darin, diese effizienten Bewegungen auch in realen Umgebungen mit Reibung umzusetzen. Hier kommt ein computergesteuerter Regler ins Spiel. „Man kann sich das wie eine Schaukel vorstellen: Ein Kind erhält am höchsten Punkt einen kleinen Schubs, um weiter Schwung zu holen“, erläutert Annika Schmidt, Doktorandin im Team von Prof. Albu-Schäffer. Der Unterschied: Menschen erreichen das richtige Timing intuitiv, Roboter benötigen mathematische Präzision.
In Tests wurde die Methode eindrucksvoll demonstriert. Drei identische BERT-Roboter traten in einem Wettrennen an (siehe Video). Der Roboter, der mit den intrinsischen Bewegungsmustern programmiert war, bewegte sich dynamischer, schneller und effizienter als seine „Geschwister“, die konventionelle Algorithmen nutzten. Diese Ergebnisse verdeutlichen das Potenzial der neuen Technologie.
Ein Beitrag von:
