Mai 30, 2024

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Wissenschaftler forschen daran, Roboter zu bauen, die sich wie Tiere bewegen

Viele von uns haben beeindruckende Videos von humanoiden Robotern gesehen, die wie Menschen gehen, sprechen und sogar zu denken scheinen. Aber können sie etwas bewirken und menschliche Arbeitskräfte ersetzen? Können sie noch schneller laufen als Windhunde oder höher springen als ein Puma?

Roboteringenieure haben jahrzehntelang daran gearbeitet und Millionen von Dollar in die Forschung investiert, um einen Roboter zu entwickeln, der wie ein Tier gehen oder rennen kann. Allerdings sind viele Tiere zu Leistungen fähig, die für heutige Roboter unmöglich wären.

Tiere können viel besser rennen als Roboter. Der Leistungsunterschied entsteht in den wichtigen Dimensionen Agilität, Reichweite und Haltbarkeit.

„Das Gnus – ein afrikanisches Mitglied der Familie der Kuhantilopen – kann Tausende von Kilometern über raues Gelände wandern; eine Kakerlake kann ein Bein verlieren, aber trotzdem schnell rennen: „Wir.“ Wir haben keine Roboter, die so etwas können.“

Er und Kollegen von der University of Washington, der University of Colorado at Boulder und dem Georgia Institute of Technology veröffentlichten eine Studie in der Zeitschrift Wissenschaftliche Roboter Mit dem Titel „Warum können Tiere Roboter übertreffen?“

Lynx-Roboter mit Amazon Alexa-Integration in Las Vegas ausgestellt. (Quelle: Reuters)

Um zu beantworten, warum und wie Roboter den Tieren hinterherhinken, untersuchten sie verschiedene Aspekte der Roboterbedienung und verglichen sie in einem in Science Robotics veröffentlichten Artikel mit ihren Tieräquivalenten. Das Papier stellte fest, dass biologische Komponenten im Vergleich zu hergestellten Teilen nach den von den Ingenieuren verwendeten Maßnahmen überraschend schlecht abschneiden. Was Tiere jedoch besonders gut können, ist die Integration und Kontrolle dieser Komponenten.

Um zu lernen, wie sie sich wie Tiere bewegen können

Die Forscher untersuchten jeweils eines von fünf verschiedenen „Subsystemen“, die zusammen einen laufenden Roboter bilden – Kraft, Rahmen, Betätigung, Wahrnehmung und Steuerung – und verglichen sie mit ihren biologischen Gegenstücken. Bisher wurde allgemein angenommen, dass die Überlegenheit von Tieren gegenüber Robotern auf der Überlegenheit biologischer Komponenten beruht.

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„Die Art und Weise, wie die Dinge funktionierten, war, dass die technischen Subsysteme, mit nur geringfügigen Ausnahmen, ihre biologischen Gegenstücke übertrafen und manchmal sogar radikal übertrafen“, schrieben die Autoren. Aber es ist auch sehr klar: Wenn man Tiere auf systemweiter Ebene mit Robotern vergleicht, sind Tiere in Bezug auf ihre Bewegung erstaunlich – und Roboter haben noch nicht aufgeholt.

Was den Bereich der Robotik betrifft, so stellen die Forscher optimistisch fest, dass die Fortschritte bemerkenswert schnell waren, wenn man die relativ kurze Zeit, die Roboter für die Entwicklung ihrer Technologie benötigten, mit den unzähligen Generationen von Tieren vergleicht, die sich über Millionen von Jahren entwickelten.

„Es wird schneller voranschreiten, weil die Evolution ungerichtet ist“, fügten sie hinzu. „Während wir die Art und Weise, wie Roboter entworfen werden, leicht debuggen und etwas in einem Roboter lernen und es auf jeden anderen Roboter übertragen können, gibt es in der Biologie keine Möglichkeit, uns bei der Entwicklung von Robotern viel schneller zu bewegen als wir in der Evolution – aber die Evolution hat einen gewaltigen Anfang.

Die praktische Robotik ist mehr als nur eine technische Herausforderung, sie bietet unzählige Einsatzmöglichkeiten. Ob es um die Lösung von Lieferherausforderungen auf der „letzten Meile“ in einer für Menschen konzipierten Welt geht, in der sich Roboter auf Rädern oft zu schwer zurechtfinden, um die Durchführung von Suchvorgängen in gefährlichen Umgebungen oder um den Umgang mit gefährlichen Materialien – die Technologie hat viele potenzielle Anwendungen.

Die Forscher hoffen, dass ihre Studie dazu beitragen wird, die zukünftige Entwicklung der Robotertechnologie voranzutreiben, wobei der Schwerpunkt nicht auf dem Bau einer besseren Hardware, sondern auf dem Verständnis liegt, wie vorhandene Hardware integriert und gesteuert werden kann. „Wenn die Technik Integrationsprinzipien aus der Biologie lernt, werden Arbeitsroboter genauso effizient, flexibel und robust wie ihre biologischen Gegenstücke“, schlussfolgerte Donelan.

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