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Chetaah 3: Vierbeiniger Roboter läuft behände, ohne zu sehen

Roboter erfassen ihre Umgebung normalerweise ähnlich wie Menschen: durch visuelle Wahrnehmung. Forscher am MIT haben einen Roboter entwickelt, der seine Umgebung eher ertastet. Das hält ihn aber nicht davon ab, sich auch in unstrukturiertem Gelände schnell und vor allem sicher zu bewegen.

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Laufroboter Cheetah 3: Situationen bewältigen, ohne zu sehen
Laufroboter Cheetah 3: Situationen bewältigen, ohne zu sehen (Bild: MIT)

Über Stock und Stein zu balancieren, erfordert von uns Menschen Geschick und vor allem Aufmerksamkeit. Der Blick ist besser auf den Boden gerichtet als in die Luft. Vierbeiner haben es da einfacher. Vor allem der vierbeinige Roboter Cheetah des Massachusetts Institute of Technology: Er ertastet sich seinen Weg durchs Gelände, ohne hinzuschauen.

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Cheetah 3 ist einen guten halben Meter hoch und wiegt etwa 40 Kilogramm. Während andere Entwickler ihre Roboter jedoch mit Kameras und anderen Sensoren vollstopfen, die die Umwelt erkennen, kommt Cheetah praktisch ohne aus. Blind Locomotion, blinde Fortbewegung, nennt das Team um Sangbae Kim das. Damit kann sich Cheetah 3 gut in unstrukturiertem Gelände bewegen.

So kann er etwa Treppen steigen, ohne die Stufen zu sehen. Im nächsten Schritt haben es die Wissenschaftler ihm noch schwerer gemacht und lose kleine Bretter auf die Stufen gelegt. Darüber stolpert der Roboter zwar und rutscht die Treppe hinunter, aber er verliert nicht das Gleichgewicht.

Er behält auch dann die Balance, wenn er von den Treppen heruntergezogen wird oder einen ordentlichen Schubs erhält. Schließlich zeigen die Entwickler, dass der Roboter aus dem Stand auf einen 76 Zentimeter hohen Tisch springen und darauf sicher landen kann.

Gesteuert wird der Roboter von zwei Algorithmen, die das Team um Kim entwickelt hat: von einem Algorithmus zur Kontakterkennung und einem modellprädiktiven Steuerungsalgorithmus. Der Kontakterkennungsalgorithmus nutzt die Daten von Beschleunigungsmessern und Gyroskopen sowie die Position der Gelenke, die den Winkel und die Höhe der Beine in Bezug auf den Boden erfassen. Daraus werden für jedes Bein drei Wahrscheinlichkeiten berechnet: dass ein Bein mit dem Boden in Kontakt kommt, die der Kraft, die erzeugt wird, wenn das Bein den Boden berührt, sowie die Wahrscheinlichkeit, dass das Bein in der Luft schwingt.

Tritt der Roboter etwa auf ein loses Brettchen, kippt sein Körper plötzlich. Dadurch verändern sich der Winkel und die Höhe. Anhand dieser Daten berechnet der Algorithmus dann für jedes Bein, ob es hochgehoben, nach unten gedrückt oder weggeschwenkt werden soll, um das Gleichgewicht zu halten.

Wie kann eine Beschleunigung ausgeglichen werden?

Der zweite Algorithmus berechnet die Positionen von Körper und Beinen des Roboters eine halbe Sekunde im Voraus, um schnell auf Einflüsse von außen reagieren können, etwa wenn der Roboter geschubst wird. "Wenn ein Fuß bereits auf dem Boden ist, entscheidet der Algorithmus: Wie soll ich die Kräfte an dem Fuß bestimmen? Es gibt eine unerwünschte Beschleunigung auf der linken Seite, also möchte ich eine Kraft in die entgegengesetzte Richtung anwenden, um diese Beschleunigung auszugleichen. Wenn ich 100 Newton in die entgegengesetzte Richtung anwende, was passiert dann eine halbe Sekunde später?", beschreibt Kim.

Die Fortbewegung ohne Sehen habe Vorteile: Visuelle Daten könnten verrauscht, ungenau oder gar nicht verfügbar sein. Es gebe viele Aktionen oder Situationen, die der Roboter bewältigen können sollte, ohne zu sehen, sagt Kim. Wenn er sich hingegen auf taktile Informationen verlasse, könne er unerwartete Hindernisse überwinden, auch wenn er schnell unterwegs sei.

Cheetah 3 sei vielfältig einsetzbar. Eine Möglichkeit sei etwa die Inspektion von Kraftwerken, wo er mit Treppen, Bordsteine und Hindernisse am Boden klarkommen müsse. "Ich denke, es gibt unzählige Gelegenheiten, bei denen wir lieber Roboter als Menschen schicken, um einfache Aufgaben zu erledigen. Gefährliche, schmutzige und schwierige Arbeiten können ferngesteuerte Roboter viel sicherer erledigen", sagt Kim.



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weltraumkuh 11. Jul 2018 / Themenstart

3D Printed Robot Actuator https://hackaday.io/project/157812-3d-printed-robot-actuator

MüllerWilly 09. Jul 2018 / Themenstart

Vor allem, wenn mal eine Kamera kaputt ist, es Staubig ist, oder sonst etwas, dann muss...

MüllerWilly 09. Jul 2018 / Themenstart

Bei vier Beinen die sogar noch gelenkiger sind als unsere zwei Beine (unsere Knie gehen...

MüllerWilly 09. Jul 2018 / Themenstart

Das Foto kommt ja nichtmal im Video vor. Es es Photoshop? Wenn ich schon das Starfoto vom...

MüllerWilly 09. Jul 2018 / Themenstart

Es ist ein FAKE-FOTO (!). Sobald man das Video auf PLAY drückt, kommt das Foto auf der...

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