Genetic Robots sind Bewegungsroboter, die sich vollständig automatisch erzeugen lassen. Die Vorschläge für die Strukturen machen genetische Software-Algorithmen. Mit Hilfe generativer Fertigung werden sie in die Wirklichkeit übertragen.
Roboter spielen nicht nur in der industriellen Fertigung eine wichtige Rolle. Sie werden auch als Erkundungs- und Transporthilfen und neuerdings als Serviceroboter eingesetzt. Um ihre Aufgaben zu erfüllen, müssen sich die Roboter aber fortbewegen oder Gegenstände greifen. Die entsprechenden Bewegungsabläufe zu modellieren, ist die zentrale Herausforderung für Ingenieure – und eine aufwendige Angelegenheit. Mitarbeiter des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart haben es geschafft, diese Aufgabe zu automatisieren. Der Konstrukteur muss nichts mehr tun: Der Genetic Robots genannte genetische Software-Algorithmus erstellt die Bewegungsroboter automatisch.
Die solcherart gestalteten Roboter bestehen aus zylinderförmigen Röhren mit Kugelgelenken, die je nach gefordertem Zweck und äußeren Faktoren verschiedene Formen annehmen können. Die Vorgabe ‘Bewege Dich möglichst effizient vorwärts auf einer ebenen Fläche‘, reicht als Input aus. Auf der Basis dieser Angabe wählen Fitnessfunktionen im Software-Algorithmus aus, mit welchen Bewegungselementen der Genetic Robot am besten auf der definierten Fläche vorankommt: Die Software bestimmt die Form der Röhren, die Lage der Bewegungspunkte und die Position der Antriebe (Aktuatoren).
Basis ist eine Physic Engine, in der die wichtigsten Umgebungseinflüsse wie Reibung des Bodens oder Schwerkraft hinterlegt sind. Soll der Genetic Robot auch Unebenheiten verkraften, Treppen steigen oder im Wasser schwimmen, lassen sich diese Umweltbedingungen simulieren. Das Ergebnis ist nicht nur eine, sondern kann eine Vielzahl an Lösungen sein, aus denen der Konstrukteur die Beste auswählt.
Ein weiterer Gewinn ist, dass der Algorithmus oft überraschende Varianten ausspuckt und quasi Mutationen erzeugt, auf die ein Konstrukteur nicht ohne weiteres gekommen wäre. Mit dem Genetic-Robots-System lassen sich auch Teilkomponenten entwerfen wie Greifsysteme für Industrieroboter.
Grundlage der implementierten Bewegungsabläufe ist die Bionik. Erfindungen der Natur werden entschlüsselt und Naturgesetze ins Technische übertragen. Die so gewonnenen bionischen Strukturen werden mit generativen Technologien gefertigt.
Der ursprüngliche genetische Algorithmus stammt von den US-Wissenschaftlern Hod Lipson und Jordan Pollack und ihrem Golem-Projekt. Die Software wurde von der i2p – ideas to products GmbH in Sankt Gallen in der Schweiz so weiterentwickelt, dass die Geometrien der Roboter direkt als CAD-Datei ausgegeben und von elektronischen Werkzeugmaschinen produziert werden können. Die Mechatronik, das Zusammenwirken von Mechanik, Elektronik und Informatik, sowie die Fortbewegung mittels eines generativ hergestellten Faltenbalg-Antriebs wurden am IPA geschaffen.
Weitere Informationen Andreas Fischer, Fraunhofer IPA, Tel. (0711) 970-1280 www.ipa.fraunhofer.de Fraunhofer-Gesellschaft: www.fraunhofer.de, Suchbegriff: genetic robots
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