Forscher perfektionieren Gang von Robotern

Wissenschaftler des Riken Brain Science Institute http://brain.riken.jp haben die Gehfähigkeit von zweibeinigen Robotern deutlich verbessert. Das Team um Shingo Shimoda hat die Roboter so programmiert, dass sie ihre Haltung als Reaktion auf ihre Umwelt verändern können. Shimoda interessiert sich seit seiner Arbeit für die Japan Aerospace Exploration Agency http://jaxa.jp dafür, wie Roboter die notwendigen Fähigkeiten erwerben können, natürliche Lebensräume auf der Erde und auf anderen Planeten zu erkunden.

Anpassung als Schlüssel

„Ich habe mich gefragt, warum sich kleine Tiere wie Eichhörnchen in einer natürlichen Umgebung bewegen und Nahrung finden können und warum das Computer auch mithilfe von großer Rechenleistung nicht schaffen“, so Shimoda. Die Kontrollprinzipien biologischer Systeme liefern wichtige Hinweise, die eingesetzt werden können, um die gleiche Anpassungsfähigkeit auch bei Robotern zu erreichen.

Damit ein Roboter anpassungsfähig wird, muss er über Regulierungssysteme integrierter Komponenten verfügen, die als Reaktion auf die Umwelt zusammenarbeiten. Das Prinzip ist dabei das gleiche wie bei Proteinen oder Neuronen im menschlichen Körper. Die Wissenschaftler entwickelten ein implizites Lernschema, das den Kontrollsystemen im Roboter ermöglicht, einfache, reflexive Aktionen in ein differenziertes und nützliches Verhalten umzuwandeln.

Computermodell spart Energie

Ein Computermodell simuliert den natürlichen Vorgang basierend auf interagierenden Code-Strukturen. Damit kann die Kontrolle über die 36 beweglichen Gelenke des gehenden Roboters erlangt werden. Für jede Bewegung definierte man Gelenke, die gezielt dafür eingesetzt wurden, um ein Ergebnis zu erreichen. Ein Beispiel dafür ist die Bewegung der Hüfte des Beins, das einen Schritt nach vorne machte.

In einem nächsten Schritt passte das Computermodell die anderen Gelenke wie die des zweiten Beins dahingehend an, dass der Roboter stehenblieb und sein Energieverbrauch minimiert wurde. Bei ersten Tests auf dem glatten Laborboden stürzte der Roboter. Nach rund zehn Minuten war die Bewegung dahingehend angepasst, dass sich der Roboter mit rund sieben Zentimetern pro Sekunde fortbewegen konnte.

Der Roboter konnte seinen Schritt an die Anforderungen eines natürlichen Untergrundes und von Hängen anpassen. Shimoda geht davon aus, dass sich das gleiche Lernschema auch bei der Interaktion von Robotern mit Menschen anwenden lässt. „Eine wichtige Anwendung wären Armprothesen, die sich automatisch als Reaktion auf die Bewegung der verbleibenden Gelenke bewegen können.“