Anpassungsfähiger Roboter

?Unsere Vision sind Roboter, die mit unbekannten Objekten und Umgebungen klarkommen und sich je nachdem sogar selbstst?ndig reparieren k?nnen?, erkl?rt Fumiya Iida, Professor f¨¹r Bio-Inspired Robotics am Institute of Robotics and Intelligent Systems. Im Gegensatz zu heutigen Robotern, die in der Regel nur bekannte Aufgaben ausf¨¹hren k?nnen, w?ren solche intelligenten Maschinen in der Lage, komplexe Herausforderungen zu bew?ltigen ¨C zum Beispiel auf einer Marsmission oder bei Aufr?umaktionen an Orten wie Fukushima.

Um sich auf Unvorhersehbares einzustellen, m¨¹ssen auch Maschinen ihre Umgebung aktiv wahrnehmen und sich an sie anpassen k?nnen. Dass das f¨¹r Roboter prinzipiell m?glich ist, zeigt Iidas Gruppe in ihrer k¨¹rzlich im PLoS One erschienenen Publikation. Sie stellen darin einen Roboter vor, der selbstst?ndig Temperatur und Elastizit?t von unbekannten Objekten untersuchen kann ¨C mit Werkzeugen, die er vor Ort autonom und in variabler Ausf¨¹hrung herstellt.

Roboter baut Messwerkzeug aus Heissleim

Der Roboter, den die Forscher entwickelt haben, arbeitet im Wesentlichen mit einer Kamera, einem mathematischen Algorithmus und einem eingebauten 3D-Drucker, der Heissleim verwendet, wie ihn Bastler und Heimwerker kennen. Drucker und Kamera sind an einem Metallgeh?use befestigt, das sich wie ein Kopf mit Hilfe eines Roboterarms in jede beliebige Richtung bewegen kann.

Um die Elastizit?t eines unbekannten Objektes zu untersuchen, stellt der Roboter selbstst?ndig verschieden dicke St?bchen aus Heissleim her. Die fertigen St?bchen nimmt er auf und dr¨¹ckt sie von der Seite her an das zu untersuchende Objekt. Die Kamera macht Bilder von der Kr¨¹mmung des St?bchens. Die Software wertet die Bilder aus und bestimmt daraus die Elastizit?t des Untersuchungsobjektes.

Genauigkeit in verschiedenen Messbereichen

Die Messmethode erscheint zwar auf den ersten Blick recht kompliziert und wenig praktisch. Auch liefert der Roboter bisher keine allzu genauen Werte. Doch das Prinzip ist clever: Dadurch, dass der Roboter St?bchen mit unterschiedlicher Dicke verwendet ¨C im Prinzip unterschiedlich empfindliche Tastinstrumente ¨C und sich dadurch an verschiedene Objekte individuell anpassen kann, kann er die Elastizit?t eines Schwammes ebenso genau messen, wie die eines Aluminiumklotzes. Das Problem von herk?mmlichen Messinstrumenten ¨C dass pr?zise Messungen und ein grosser Messbereich nicht gleichzeitig realisierbar sind ¨C hat der Roboter deshalb nicht.

Ebenso flexibel, wie er die Elastizit?t bestimmt, misst derselbe Roboter auch die Temperatur von verschiedenen Objekten. Daf¨¹r stellt er zylinderf?rmige Heissleim-Klumpen als zus?tzliches Werkzeug her, befestigt sie an seiner Kontaktfl?che und h?lt sie an sein Untersuchungsobjekt, damit sich die Temperatur der Kontaktfl?che diesem angleichen kann. Ab einer gewissen Temperatur ?ndern sich die Eigenschaften des Heissleims. Wird er an der Kontaktstelle fl¨¹ssig, f?llt der Heissleimzylinder ab und die Software bestimmt anhand des Zeitpunkts, zu dem dies geschieht, die Temperatur des zu untersuchten Objektes. Auch hier kann der Roboter die Messungen verfeinern, indem er die Gr?sse von Zylinder und Kontaktstelle variiert.

Die Natur als Vorbild f¨¹r Maschinen

F¨¹r diesen Roboter gibt es zwar ausserhalb der Forschung keinerlei konkrete Anwendung. Das Ziel von Iidas Gruppe war denn auch ein anderes: zu zeigen, dass es prinzipiell m?glich und machbar ist, ?intelligente? Maschinen zu bauen, die ihre Umwelt aktiv untersuchen und die Gestalt ihrer Sensoren selbstst?ndig anpassen k?nnen.

Nach diesem Erfolg will sich das Forschungsteam weitere Sinne wie H?ren, Sehen oder Tasten vornehmen und daf¨¹r adaptive Sensoren entwickeln. Als Vorbild dient den Forschern dabei stets die Natur: ?Wir versuchen, von der Natur zu lernen und unsere Maschinen mit ihren Ideen zu verbessern?, erkl?rt Iida. ?Auch die Sinnesorgane von Menschen und Tieren haben im Lauf der Evolution ihre Gestalt und Funktionsweise angepasst. Und unsere Augen und Ohren k?nnen sich zum Beispiel aktiv auf verschiedene Messbereiche einstellen.?

Bis es die anpassungsf?higen Sensoren mit nat¨¹rlichen Sinnesorganen aufnehmen k?nnen und in realen unvorhersehbaren Situationen zum Einsatz kommen, wird es noch einige Zeit dauern. Im unbekannten Terrain ¨¹bertreffen Menschen und Tiere die Maschinen bei weitem.