Bionic Wheel Bot: Festos Spinnenroboter rollt und läuft

Wird der Mars künftig von einer robotischen Spinne erforscht? Festo stellt auf der Hannover Messe 2018 einen Roboter vor, der durch die Wüste rollt, aber über Hindernisse steigen kann. Vorbild ist eine Spinne aus der Sahara.

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Bionic Wheel Bot: Bewegungsabläufe verstehen und nachbilden
Bionic Wheel Bot: Bewegungsabläufe verstehen und nachbilden (Bild: Werner Pluta/Golem.de)

Sie erinnern an einen Droideka, der sich in Zeitlupe bewegt. Aber den hatte Ingo Rechenberg nicht im Sinn, als er zusammen mit Festo einen Roboter baute, der laufen und rollen kann. Der Bionic Wheel Bot ist das neue Mitglied im bionischen Zoo des Esslinger Unternehmens.

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Es ist ein achtbeiniger Roboter, der laufen und rollen kann. Vorbild sind allerdings nicht die Kampfroboter aus den Star-Wars-Filmen, versichert Rechenberg, sondern die Radlerspinnen. Der Bioniker von der Technischen Universität Berlin hat sie vor etwa zehn Jahren in der Sahara entdeckt. Das war eher ein Zufall - Rechenberg war auf der Suche nach einer Eidechse, die sich ohne Reibung durch den Sand bewegt. Stattdessen fand er eine neue Spinnenart, die inzwischen seinen Namen trägt: Cebrennus rechenbergi.

Die acht Beine des Bionic Wheel Bot sind gekrümmt und paarweise angeordnet: je zwei an den beide Enden des etwa 57 Zentimeter langen Rumpfes und je zwei in der Mitte, wobei ein Paar Beine weit zur Seite absteht. Zum Laufen nutzt der Roboter aber nur sechs seiner Beine. Ein Paar ist eingeklappt.

Um in den Rollmodus überzugehen, werden drei Beine auf einer Seite eingeklappt, dass sie ein knapp 27 Zentimeter großes Rad bilden. Jetzt kommt das vierte Beinpaar zum Einsatz: Damit stößt sich der Roboter ab und rollt los. "Das Besondere an der Spinne ist, dass sie nicht wie eine Spinne in der Namib-Wüste bloß von der Schwerkraft getrieben einen Hügel runterkullern kann, sondern echt und mit den Beinen angetrieben rollen kann, auch ein bisschen bergauf", sagt Rechenberg im Gespräch mit Golem.de.

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Ziel des Projekts sei gewesen, einen Roboter zu entwickeln, der sich auf zwei verschiedene Arten fortbewegen könne, sagt Rechenberg. Beide haben ihre Vorteile: "Das Rollen ist energetisch viel günstiger - das wissen wir alle vom Fahrradfahren her. Und es ist vor allen Dingen wesentlich schneller", erläutert der Entwickler. Die Spinne rolle doppelt so schnell wie sie laufe. Das ist zum Beispiel praktisch, wenn sie Feinden entkommen will. Der Assoziation mit dem Radfahren verdankt die Spinne auch ihren deutschen Namen.

Der Roboter steigt über Steine

Über Steine und andere Hindernisse hingegen lässt sich einfacher hinweg steigen als rollen. "Wenn das Gelände sehr unwegsam ist, Steine und andere Hindernisse liegen da, dann ist das Laufen immer das Günstigste. Deswegen hat sich das ja in der Biologie durchgesetzt", sagt Rechenberg.

  • Der Bionic Wheel Bot ist ein bionischer Roboter, der einer Spinne nachempfunden ist.  (Bild: Werner Pluta/Golem.de)
  • Er kann laufen... (Bild: Werner Pluta/Golem.de)
  • ... und rollen. (Bild: Werner Pluta/Golem.de)
  • Zum Laufen braucht der Roboter nur sechs Beine. (Bild: Werner Pluta/Golem.de)
  • Zum Rollen transformiert sich der Roboter. (Bild: Werner Pluta/Golem.de)
  • Mit den zwei beim Laufen nicht genutzten  Beinen stößt er sich ab. (Bild: Werner Pluta/Golem.de)
Der Bionic Wheel Bot ist ein bionischer Roboter, der einer Spinne nachempfunden ist. (Bild: Werner Pluta/Golem.de)

Für das Stehen haben die Entwickler eine energieeffiziente Lösung gefunden: Insgesamt 15 Motoren treiben die Beine an. Fast alle sind selbsthemmende Schneckenantriebe, bei denen der Spinnenroboter keine Energie aufwenden muss, um den Körper beim Stehen aufrecht zu halten. Andere mehrbeinige Laufroboter wie der Scarabaeus und der Scorpion des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) benötigen Energie, damit der Körper nicht auf den Boden sackt.

Marsrover sinken im Sand ein

Eine mögliche Anwendung könnte die Erkundung von fremden Planeten, etwa dem Mars sein, sagt Rechenberg. Die aktuellen Marsrover hätten relativ kleine Räder, mit denen sie gern mal im Sand steckenblieben. Da wäre ein Roboter, der sich auf zwei Arten fortbewegen könne, flexibler. Eine andere Möglichkeit sei die Landwirtschaft.

Allerdings wehrt sich der Wissenschaftler dagegen, sofort konkrete Anwendungen für einen solchen Roboter zu suchen. Ihm sei es vor allem darum gegangen, die Bewegungsabläufe der Spinne nachzubilden. Das habe fast zehn Jahre gedauert."Wir haben Jahre gebraucht, um die Art zu verstehen, wie die Spinne sich fortbewegt, wie sie rollt. Erst wenn ich die Bewegung verstehe, kann ich sie ja nachbilden." Wenn es dann funktioniere, komme die Industrie möglicherweise mit ganz anderen Ideen für Anwendungen.

Technische Systeme nach dem Vorbild der Natur

Der Spinnenroboter wurde im Rahmen des Bionic Learning Network entwickelt, einer Forschungsinitiative, an der neben Festo weitere Unternehmen und mehrere deutsche und ausländische Forschungseinrichtungen beteiligt sind. Ziel des Bionic Learning Network ist es, Verfahren oder Mechanismen aus der Natur auf technische Systeme zu übertragen.

So entstanden im Laufe der Jahre verschiedene Greifer, die Tiere imitieren, wie etwa der Octopus Gripper, der wie ein Fangarm ein Objekt fasst, oder der Flex Shape Gripper, dessen Vorbild die Zunge eines Chamäleons ist. Auch verschiedene Roboter nach natürlichem Vorbild hat Festo schon konstruiert, etwa Ameisen, eine Libelle, ein Känguru oder eine Möwe.

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