Robotik 23.10.2021, 07:00 Uhr

Robo-Schwarm nimmt Hürden wie Ameisen

Gemeinsam sind sie stark: 3D-gedruckte vierbeinige Roboter können zusammen Hindernisse überwältigen, die sie einzeln nicht meistern könnten. Dies zeigen Forschungen an der Notre-Dame-Universität.
Gemeinsam krabbeln: So kommen Roboter optimal weiter
(Quelle: nd.edu)
Krabbeln wie ein Ameisenschwarm: So können kompakte vierbeinige Roboter aus dem 3D-Drucker Hindernisse bewältigen, die für einen allein nicht zu schaffen wären. Das zeigen Yasemin Ozkan-Aydin von der University of Notre Dame und Kollegen in einer Studie, die in «Science Robotics» publiziert wurde. Wie die Insektenvorbilder verbinden sich die Roboter dazu quasi zu einem grösseren Ganzen, das mehr Möglichkeiten hat.

Schwarm in engem Kontakt

«Wenn Ameisen Dinge sammeln oder transportieren und eine auf ein Hindernis stösst, arbeitet die Gruppe zusammen, um dieses Hindernis zu überwinden. Wenn es zum Beispiel eine Lücke im Pfad gibt, bilden sie eine Brücke, die andere Ameisen überqueren können – und das ist die Inspiration für diese Studie», erklärt Ozkan-Aydin. Denn wenngleich auf Beinen dahinkrabbelnde Roboter für raues Gelände und beengte Umgebungen geeignet sind, in der Praxis stösst ein einsamer Roboter ebenso leicht auf unüberwindbare Hindernisse, wie eben eine einzelne Ameise.
Yasemin Ozkan-Aydin
Quelle: nd.edu
Die Forschenden zeigen, wie sich mehrere ihrer 15 bis 20 Zentimeter grossen vierbeinigen Roboter bei Bedarf physisch miteinander verbinden können, um ein Hindernis gemeinsam doch zu nehmen. Möglich machen das ein Lichtsensor vorne und zwei magnetische Berührungssensoren vorne und hinten. «Man braucht keine weiteren Sensoren, um Hindernisse zu erkennen, da die Flexibilität in den Beinen dem Roboter erlaubt, sich einfach daran vorbei zu bewegen», sagt Ozkan-Aydin. Falls er aber doch irgendwo hängen bleibt, ruft er mit einem Signal andere Mitglieder des Schwarms herbei – denn das Kollektiv kommt dann doch mit dem Hindernis klar.

Akku entpuppt sich als Hürde

Die Studie zeigt, dass kostengünstige Roboter aus dem 3D-Drucker nicht zuletzt dank echtem Schwarmverhalten etwa für Katastrophenhilfe, Planetenforschung oder Umwelt-Monitoring interessant sind. Allerdings müsste das Design noch verbessert werden, so Ozkan-Aydin. Neben Optimierungen an Steuerung und Sensorik gibt es dabei vor allem eine Hürde: «Für funktionelle Schwarmsysteme muss die Akku-Technologie verbessert werden», erklärt die Elektrotechnikerin. Es bedürfe kompakter Zellen, die möglichst über zehn Stunden halten. «Andernfalls ist der Einsatz eines solchen Systems in der realen Welt nicht nachhaltig.»

Autor(in) Wolfgang Kempkens, pte



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