Biomorphe Maschinenwesen Die Biotope der Roboter

Der Gecko unter den Robotern

Der beste Kletterer unter den  Robotern ist wohl "Stickybot III"  vermag er doch wie ein Gecko glatte Flächen aus Glas, Holz oder Fliesen hinauf- und hinunterzuklettern, ohne abzurutschen (siehe Video). Dabei erreicht er ein mittleres Tempo  von immerhin fünf Zentimeter pro Sekunde. Seine Fähigkeiten verdankt Stickybot  winzigen Borsten an den Zehen, die bei Belastung an der Oberfläche haften und bei Entlastung wieder lösen. Zusätzlich verfügt der 76 Zentimeter lange Roboter über künstliche Sehnen, mit denen er ähnlich wie sein natürliches Vorbild sein Körpergewicht von 400 Gramm gleichmäßig auf die Oberflächen der Zehen verteilt. Anhand ihrer Kletterroboter studieren Mark R. Cutkosky und seine Kollegen an der Standford University, wie es die Natur erreicht hat, dass Geckos, Fliegen oder Käfer die Adhäsionskräfte so nutzen können, dass sie beim Haften an glatten Oberflächen  der Schwerkraft trotzen. 

Starfish erkennt sich selbst

Dieser überdimensionale Seestern auf vier Beinen kann ein virtuelles Selbstbildnis entwerfen. Ohne dass es der ein Meter großen Maschine mitgeteilt wird, lernt sie, wie viele Beine sie hat, wo diese sitzen und wie sich diese drehen lassen. Dank eines evolutionären Algorithmus erlernt der Roboter auch das Laufen. Zunächst liegt er flach auf dem Boden. Dann beginnt er zu zappeln. Über Sensoren erhält er Rückmeldung, welche Glieder er gerade wie bewegt. Dann entwirft er Strategien, wie er sich am besten aufrichtet und fortbewegt. Alle Varianten werden so lange getestet, bis die schnellste Gangart gefunden ist. Sogar bei Zwangsamputationen weiß sich der Roboter, der aus dem Labor von Hod Lipson an der Cornell University in Ithaca stammt, zu helfen. Entfernt man ihm etwa ein unteres Glied eines Beines, bewahrt er trotzdem eine stabile Gangart ( siehe Video)..

Mit Luftdruck über Stock und Stein

Ungewöhnlich elastisch ist dieser handflächengroße Vierbeiner, den Forscher um George Whitesides von der Harvard University in Cambridge entwickelt haben. Er kann kriechen, sich wellenförmig fortbewegen, über und unter Hindernisse krabbeln und sich durch enge Ritzen quetschen (siehe Video). Möglich ist das durch seinen pneumatischen Antrieb. Die vier Beine sowie der Körper bestehen aus einem weichen Kunststoff, in den Kammern eingelassen sind. Bläst man nun Luft in die Kammern, blähen sich diese auf wie ein Ballon, wodurch sich beispielsweise ein Bein aufrichten lässt. Steuert man nun die Gliedmaßen nacheinander mit unterschiedlich starkem Luftdruck an, bewegt sich der Roboter fort. Krabbelnd etwa erreicht er ein Tempo von etwa eineinhalb Meter pro Sekunde. Kriechend kommt er noch auf rund 20 Zentimeter pro Sekunde.

Kürzlich haben Whitesides und seine Kollegen dem Vierfüßler einen speziellen Tarnmantel verpasst, dank dessen er sich optimal an seine Umgebung anpassen kann. Dieser Chamäleon-Effekt wird von einem Geflecht aus dünnen Kanälen hervorgerufen, die man gleichzeitig mit verschiedenen Farbstoffen füllt. Bei entsprechender Wahl der Pigmente lassen sich auf der Oberfläche des Krabblers unterschiedliche Farbmuster erzeugen („Science“,doi: 10.1126/science.1222149). Der flexible Vierbeiner lässt sich auch gezielt zum Leuchten bringen, etwa wenn man die Kapillare mit fluoreszierenden Farbstoffen füllt. Dann wird er auch im Dunkeln sichtbar. Die möglichen Anwendungen der Krabbler reichen von Tierbeobachtungen bis hin zur Suche nach vermissten Personen in für Menschen unzugänglichem Gebieten nach Unglücken.

Höher geht`s kaum noch

Eine Heuschrecke stand offenkundig Pate diesen springenden Miniaturroboter, den Forscher von der ETH Lausanne entwickelt haben. Mit seinen sieben Gramm Eigengewicht springt bis zu 1,50 Meter hoch, was fast dem Dreißigfachen seiner Körpergröße entspricht. Dadurch überwindet der Roboter Hindernisse mit Leichtigkeit. Das macht den Sprungroboter für die Erkundung unzugänglicher Gebiete interessant, etwa in den Schuttbergen nach einem Erdbeben oder auf fremden Planeten.  Angetrieben wird die mechanische Heuschrecke durch einen 0,6 Gramm schweren Motor, der zwei Torsionsfedern spannt. Diese katapultieren das Gerät in die Luft. Auch mit bis zu drei Gramm Zuladung - gedacht ist an Gassensoren oder winzige Kameras - kann der Sprungroboter  noch einen Meter hoch hüpfen. Die Forscher um Dario Floreano planen, dass  mehrere solcher Roboter eines Tages  miteinander kommunizieren und sich so weitgehend selbständig organisieren können.

Das fliegende Kameraauge.

Eine Libelle war wohl das Vorbild für diesen drei Gramm schweren Flugroboter, den Forscher von der Technischen Universität Delft in den Niederlanden entwickelt haben. DelFly micro, wie das künstliche Insekt heißt, hat eine Flügelspannweite von zehn Zentimetern und bringt es auf eine Geschwindigkeit von fünf Metern pro Sekunde (siehe Video). Das Vehikel ist mit einer kleinen Kamera ausgerüstet, mit deren Hilfe es seine Umgebung erkennen kann. Der Sensor verleiht ihm zusammen mit einer Erkennungssoftware eine recht große Autonomie beim Fliegen. Noch benötigt der Flugroboter einen Piloten, der ihn von einem Computer aus steuert. Das soll sich bald ändern, wenn es nach den Plänen der Forscher um Bart Rems geht. Ihr Ziel ist die Entwicklung eines Vehikels, das selbständig in einer fremden, für Menschen schwer zugänglichen Umgebung umherfliegen kann, um die örtlichen Gegebenheiten auszukundschaften.

Die Amphibie unter den Robotern.

Ob auf Land oder im Wasser, dieser 85 Zentimeter lange Vierbeiner fühlt sich überall wohl. Im feuchten Milieu gleitet er elegant wie eine Schlange umher. Hat er wieder festen Boden unter den Füßen, kriecht er flink wie eine Echse voran. Der Roboter wechselt ohne großen Aufwand zwischen einer schwimmenden und schreitenden Fortbewegungsweise hin und her, wobei der Körper, sich wellenartig fortbewegt (siehe Videos). Die Wellenbewegung ist im Wasser stärker ausgeprägt als an Land. Ermöglicht wird das amphibische Dasein durch die beweglichen Verbindungen zwischen den Robotergliedern und die vier rotierenden Beine. Letztere sind allerdings nur aktiv, wenn der Roboter an Land umherläuft. Im Wasser stellen die Beine aufgrund der schnellen Wellenbewegung des Körpers automatisch ihre Arbeit ein. Angetrieben werden Beine und Gelenke von insgesamt zehn Elektromotoren. Als Vorbild diente den Forschern von der Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) der Salamander.

Ich bin euer Anführer

Das Wasser ist der ideale Lebensraum dieses Roboters, der einem Zebrabärbling nachempfunden ist. Erinnert der Roboter auf den ersten Blick an ein Spielzeug, so dient er doch einem seriösen Forschungszweck. Mit ihm haben Wissenschaftler vom Polytechnic Institute der New York University beispielsweise das Schwarmverhalten von Zebrafischen studiert. Jeffrey Laut und seine Kollegen fanden heraus, dass die 15 Zentimeter große Attrappe von einem Fischschwarm sogar als Anführer akzeptiert wurde, wenn sich die Schwanzflosse mit einer bestimmten Frequenz hin und her bewegte. Dabei schienen sich die Fische offenkundig nicht daran zu stören, dass ihre künstlicher Artgenosse dreimal so groß war wie sie selbst. Sobald die Flosse ruhte oder von der Bewegung des Kollektivs abwich, war es mit Leitrolle vorbei (siehe auch Videos). Die Forscher um Maurizio Porfiri wollen den Roboterfisch dazu nutzen, große Fischschwärme auf hoher See von Gefahrenzonen fernhalten oder sie gar aus ölverschmutzten Gebieten herauszulocken.