Heuschreckenfuß als Vorbild Rutschiger Boden ist dem Roboter egal - medizin&technik - Ingenieurwissen für die Medizintechnik

Heuschreckenfuß als Vorbild

Rutschiger Boden ist dem Roboter egal

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Der Roboter besteht aus 3D-gedruckten Kohlefasersegmenten. Für die Stacheln werden Nadeln verwendet. Die Ballen bestehen aus Ecoflex (Bild: Matthew Woodward)
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Die Struktur der Füße der Wüstenheuschrecke samt ihrem Sprungverhalten auf verschiedenen Oberflächen ist für die Robotik von großem Interesse: Ein Forscher nutzt die beobachteten Eigenschaften nun, um einen Roboter zu bauen, der nicht so schnell ausrutscht.

Tiere kommen in ihrer natürlichen Umgebung mit vielen verschiedenen Oberflächen in Berührung, wobei das Spektrum von sehr glatt bis sehr rau reicht. Während der Mensch je nach Terrain unterschiedliche Schuhe anziehen kann, um Aus- oder Abrutschen zu vermeiden, muss ein Tier- oder Insektenfuß multifunktional sein. Nur so kann das Lebewesen schnell von jeder Oberfläche entkommen, auf der es sitzt oder steht. Diese ausgeklügelte Anpassung erhöht seine Überlebenschancen in der Natur.

Die Wüstenheuschrecke, auch als Schistocerca gregaria bekannt, ist ein solch gut angepasstes Insekt. An ihren Füßen befinden sich eine Art nasse, klebrige Ballen sowie Stacheln, die es ihr ermöglichen, schnell von jeder Oberfläche zu springen. Aus diesem Grund hat Matthew Woodward, Maschinenbauingenieur, Robotiker und auch Biologe am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme (MPI-IS) in Stuttgart, sie für sein Forschungsprojekt ausgewählt.

Natur plus einige Extras

Woodward untersuchte die Fußstruktur der Wüstenheuschrecke und ihr Sprungverhalten auf verschiedenen Oberflächen, um die Eigenschaften zu extrahieren, die dazu beitragen, dass das Tier, wenn es ins Rutschen kommt, schnell Halt findet – indem es die Reibung erhöht. Er ließ die Heuschrecke zum Beispiel von wasserabweisendem Glas, von Gitter, Holz oder Sandstein springen. Um zu verstehen, wie das Insekt sowohl von einer glatten als auch von einer rauen Oberfläche springen kann, baute der Wissenschaftler einen von der Heuschrecke inspirierten Roboter. Er dient dazu, das Sprungverhalten der Heuschrecke zu imitieren. Woodward veränderte aber auch den natürlichen Bauplan: Um die Bewegung der Beine auf das zum Springen Wesentliche zu beschränken, spiegelte Woodward die Segmente des Heuschreckenbeins und baute diese Doppelung ein.

Ausrutschen, macht nichts, weiter geht´s

Anschließend testete Woodward diesen bio-inspirierten Roboter in seinem Labor am MPI-IS. Aus den Ergebnissen seiner zahlreichen Tests schloss er, dass das Abrutschen der Heuschrecke keine Anomalie ist, sondern Teil der dynamischen Fortbewegung des Insekts. Woodward zog daraus Schlussfolgerungen für seinen Roboter: Auch ohne eingebaute Rechenkapazität kann eine morphologische Intelligenz, eingebettet in die physische Struktur des Roboters, das Ausmaß des Abrutschens reduzieren. Der Roboter mit seiner intelligenten Bauweise kann – auch wenn er ausgerutscht ist – seine Fortbewegungsleistung auf verschiedenen Oberflächen beibehalten. Oder um es kurz zu sagen: Ausrutschen, macht nichts, weiter geht´s.

www.pnas.org/content/early/2018/08/21/1804239115

www.youtube.com/watch?v=ftSKSY1YjmE&feature=youtu.be

https://is.mpg.de/en/news/a-slippery-world-in-bio-inspired-robotics

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