Auf zwei Beinen gut zu Fuß: Roboter "Denise" aus Delft
23. Februar 2005 Der aufrechte Gang ist eine der zentralen Leistungen, die den Menschen gegenüber den anderen Lebewesen auszeichnet. Zeit spielte bei der Evolution keine Rolle. Von den ersten wackeligen Schritten bis zum stabilen Dauerlauf hat es immerhin vier bis sieben Millionen Jahre gedauert. Zwar kennen die Wissenschaftler heute so ziemlich alle physiologischen Voraussetzungen, die für den aufrechten Gang notwendig sind. Wie das Laufen aber genau funktioniert, ist noch immer unklar. Damit haben nicht zuletzt all jene zu kämpfen, die humanoiden Robotern das Gehen beibringen wollen. Trotz großer Fortschritte können sich selbst die Stars unter den Maschinenwesen nur dank der enormen Rechenleistung ihrer Computerhirne und ausgefeilter Technik auf den Beinen halten und ihre Kunststücke vollbringen. Daß es aber offensichtlich gar nicht soviel Aufwands bedarf, Robotern das Laufen beizubringen, haben jetzt drei Forschergruppen eindrucksvoll demonstriert.
Ob Räder, Rollen, Ketten oder Wurmglieder - viele Fortbewegungsmittel hat man mittlerweile für Roboter ersonnen. Am größten ist der Aufwand, nimmt man den Bewegungsapparat des Menschen zum Vorbild. Schließlich arbeiten mehr als fünfhundert Skelettmuskel und rund zweihundert Gelenkknochen harmonisch miteinander. Die geringste Bewegung folgt einer komplizierten Choreographie, die, vom Gehirn gesteuert, über die Nerven an die Muskeln weitergeleitet wird. Diese koordinieren durch ihr Zusammenziehen und Entspannen die Ausrichtung der Gelenke. Von allen humanoiden Robotern beherrschen "Asimo" der Firma Honda und "Qrio" von Sony den aufrechten Gang am besten, können sie doch auf eine künstliche Evolution von immerhin fast zwanzig Jahren zurückblicken. Zu ihrem Repertoire gehören Tanzen, Treppensteigen, Fußballspielen und Joggen, wobei sie für einen kurzen Moment ohne jeglichen Bodenkontakt sind. Ihre Leistungsfähigkeit verdanken die beiden Roboter ihren Computerhirnen und einigen Dutzend Elektromotoren, die, jeweils mit einem Chip versehen, alle wichtigen Informationen gleich an Ort und Stelle verarbeiten. Der Preis für jeden Schritt ist ein immenser Energieverbrauch, der bei Asimo dem Zehnfachen eines gehenden Menschen entspricht. Zu diesem Zweck trägt das 1,20 Meter große Wesen seine Batterien stets wie ein Rucksack auf dem Rücken.
Spielzeugfiguren standen Pate
Noch kann er (links) es besser
Einen ganz anderen Ansatz verfolgen die vier Wissenschaftler von der Universität Delft in Holland, der Cornell University in Ithaca (New York) und dem Massachusetts Institute of Technology in Cambridge. Nicht auf die Rechenleistung und die technischen Rafinessen kommt es ihnen an, sondern auf das Zusammenspiel zwischen der Umwelt und der Ausstattung des Roboters. Inspiration haben sie sich von den bekannten Spielzeugfiguren geholt, die, angetrieben von der Schwerkraft, eine schiefe Ebene von alleine heruntermarschieren. Dadurch, daß die Gravitation als Energiequelle durch einfache Motoren ersetzt wurde, können die drei Roboter auch auf ebenen Flächen herumspazieren. Das machen sie offenkundig so effizient, daß jeder kaum mehr Energie verbraucht als ein normaler Mensch ("Science", Bd.307, S.1082)
Der sparsamste von den drei Zweibeinern stammt von Andy Ruina und Steven Collins von der Cornell University. Die Steuerung des einen Meter großen Roboters, der aus zwei Beinen, einer Hüfte sowie einer Halterung für seine Arme besteht, ist denkbar einfach: Für den Antrieb reichen zwei Servomotoren, die an jedem Bein eine Sprungfeder betätigen. Das Gehen beginnt, sobald der in Vorderposition befindliche Fuß den Boden berührt. Dann löst sich die Sprungfeder am hinteren Fuß. Das hintere Bein schwingt nun vor, während es wie beim Menschen einknickt. Schließlich spannt ein Elektromotor die entsprechende Feder, und alles beginnt wieder von vorne. Sensoren und Mikrochips sorgen dafür, daß jeder Schritt zum richtigen Zeitpunkt erfolgt. Damit das Gleichgewicht gewahrt bleibt, schwingt der linke Arm gemeinsam mit dem rechten Oberschenkel nach vorne. Weil der Roboter nur zum Abstoßen der Beine Energie benötigt, läuft er ähnlich effizient wie ein Mensch.
Die anderen Zweibeiner folgen ähnlichen Prinzipien, wobei das 1,5 Meter große Modell "Denise" aus Delft statt der Federkraft Druckluft zur Fortbewegung nutzt. Als Kopf ziert es ein leerer Plastikeimer, damit wollen Martijn Wisse und sein Kollege symbolisieren, daß die Intelligenz von Denise noch nicht einmal an die Schläue einer Ameise heranreicht. Tatsächlich kommt der holländische Roboter mit 30 Zeilen Progammcode aus - das ist halb soviel wie beim Cornell-Modell. Sechs Bits an Information genügen Denise für jeden Schritt.
Der Körper ist wichtiger als Intelligenz
Am leistungsfähigsten von allen dreien ist der Prototyp von Russ Tedrake vom MIT. Der 43 Zentimeter große "Toddler" - was soviel heißt wie Kleinkind - kann dank eines neuronalen Netzes sein Laufverhalten kontrollieren. Zunächst schaukelt er auf seinen knielosen Beinen hin und her, bis er genug Energie hat, ein Bein nach vorne zu schwingen. Mit jedem Schritt lernt Toddler besser voranzukommen. Nach etwa 600 Schritten beherrscht er den aufrechten Gang fast perfekt, auf Parkett und Steinfußboden ebenso wie auf Teppichboden. Ohne fremde Hilfe kann der Zweibeiner des MIT Kurven gehen, rückwärts laufen und sogar anhalten, ohne umzufallen - Fähigkeiten, mit denen die Roboter aus Delft und Cornell noch nicht mithalten können. In Kürze soll Toddler mit zwei Kniegelenken ausgestattet werden. Die Erkenntnisse der drei Arbeitsgruppen zeigen eindrucksvoll, was Roboterspezialisten schon lange vermuten: Für den aufrechten Gang ist ein optimaler Körper wichtiger als die Intelligenz.
Text: F.A.Z., 23.02.2005, Nr. 45 / Seite N2
Bildmaterial: AP, dpa/dpaweb
Internationaler Finanzmarkt: Keine Eile mit dem 
Risikospiele in der Fußball-Oberliga: Kleine Stellvertreterkriege
9. November 1989: Das Wunder von Berlin
 |
F.A.Z. Electronic Media GmbH 2001 - 2009
