Soft Robotics ist ein relativ neuer Bereich im Feld der Robotik. Es geht um Roboter, die statt auf feste, „harte“ Bauteile auf weiche, anpassungsfähige Komponente setzen. Der Vorteil solcher Roboter ist, dass sie im Gegensatz zu gewöhnlichen Robotern keine genaue Bewegungs-Programmierung benötigen, sondern adaptiv auf ihre Umgebung reagieren können. Damit erschließen sich ihnen Einsatzbereiche, bei denen Roboter mit starren Bauteilen an ihre Grenzen kommen. Ein Team des BioRobotics Institute der Scuola Superiore Sant’Anna in Pisa in Italien entwickelte einen Roboter, der einem Oktopus nachempfunden ist und eindrucksvoll demonstriert, was im Bereich der Soft Robotics möglich ist.


Bild: Science Museum/Science & Society Picture Library
Bild: Science Museum/Science & Society Picture Library

Vorbild aus der Tierwelt

Ganz wie sein tierisches Vorbild liegt der Einsatzbereich des Roboters im Wasser. Cecilia Laschi, Professorin an dem Institut und Reiterin des Soft Robotics Teams, erläuterte, dass die Entscheidung auf einen Roboter nach dem Vorbild eines Oktopus fiel, weil es eine besondere Herausforderung sei, acht Arme zu entwerfen und koordinieren, die sich komplexen hydrodynamischen Kräften entgegenstellen können. Außerdem sei ein Roboter-Oktopus sehr gut geeignet, um die Vorteile von weich und flexibel designten Robotern zu demonstrieren. Der Roboter kann seine acht Arme in alle Richtungen strecken und zusammenrollen, was ihn deutlich flexibibler macht als einen Roboter mit Armen, die nur ein paar Grad Bewegungsfreiheit haben.

Roboter mit festen Bauteilen sind gut für den Einsatz in Fabriken geeignet, wo ein sich wiederholender Bewegungsablauf gefragt ist, der verhältnismäßig leicht zu programmieren ist. Nun allerdings muss sich die Robotik auf neue Herausforderungen einstellen, wie zum Beispiel Arbeiten auf dem Meeresgrund oder der Oberfläche des Mars. Dabei handelt es sich um schwer vorhersagbare Umgebungen, die sehr viel mehr Flexibilität erfordern. In diesem Bereich haben Roboter mit weichen Bauteilen deutliche Vorteile. Sie können sich an den Untergrund anpassen und auch deutlich besser Gegenstände greifen, deren Form im Vorfeld nicht bekannt ist.


Acht flexible Arme sorgen für maximale Bewegungsfreiheit

Der Oktopus ist ein besonders flexibles Tier mit viel Bewegungsfreiheit und damit gut als Vorbild für einen „weichen“ Roboter geeignet. Das Team nutzte sogenannte „shape-memory alloys“ (SMAs) für die Roboterarme. Diese Bauteile nehmen bei Erhitzung eine prädefinierte Form ein. Mit Hilfe von SMAs und Federn gelang es den Forschern, muskuläre Bewegungen zu imitieren. Die Arme können sich so durch durch die SMAs geleitete Spannung in alle Richtungen bewegen und sich verlängern sowie verkürzen.

Der Roboter dient vorrangig zu Demonstrationszwecken. Bevor tatsächlich ein Roboter-Oktopus auf dem Grund des Meeres arbeitet, wird noch viel Zeit vergehen. So müssten beispielsweise noch Sensoren für die Arme entwickelt werden, die Feedback zur Position und zu berührten Materialien geben.

Ein fertiger entsprechender Roboter könnte für Reparaturen oder Untersuchungen unter Wasser eingesetzt werden.

Auch das Gehirn von Oktopussen dient als Vorbild

Die Forscher nehmen sich den Oktopus nicht nur als Vorbild für das Design des Roboters. Auch das Gehirn der Tiere ist faszinierend und kann als Vorbild für Software dienen. Forscher fanden heraus, dass das Gehirn eines Oktopus nicht jede der Bewegungen der acht Arme immer aktiv steuert. Stattdessen werden Bewegungen vom Gehirn initiiert und dann von peripher liegenden motorischen Zentren vervollständigt. Die Signalverarbeitungen im Nervensystem des Oktopus für Bewegungen diente dem Team als Vorbild dafür, die Bewegungen ihres Roboters zu steuern. Die Fortbewegung imitiert einen vierstufigen Bewegungsprozess, der auch bei echten Tieren zu beobachten ist.

Der PoseiDrone genannte Prototyp wird bald in Livorno in Italien neben echten Oktopussen in einem Aquarium ausgestellt werden.

via IEE Spectrum

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