Ein wahr gewordener Robopokalypse-Albtraum: Eine gruselige neue Drohne, die läuft und fliegt
"Quelle: gizmodo.com"
Ein neu entwickelter zweibeiniger Roboter kann nahtlos zwischen Gehen und Fliegen wechseln und es ist die Kombination dieser beiden Fähigkeiten, die diese futuristische Maschine wirklich auszeichnet.
Wir stellen LEONARDO vor, kurz LEO. Der Name ist ein Akronym für LEgs ONboard Drohne, was diesen Roboter schön, aber unzureichend beschreibt. Die Caltech-Ingenieure, die LEO gebaut haben, haben nicht nur ein Paar Roboterbeine auf eine Luftdrohne geschlagen – sie mussten den Bot sowohl für das Gehen als auch für das Fliegen konstruieren und spezielle Software entwickeln, um die verschiedenen Komponenten zu integrieren.
LEO ist immer noch ein Prototyp – eine Art Proof-of-Concept, um zu sehen, ob ein zweibeiniger Flugroboter Aufgaben ausführen kann, die sonst für Bodenroboter oder Luftdrohnen schwierig oder unmöglich wären. Zukünftig könnte eine vollwertige Version mit schwierigen oder gefährlichen Aufgaben betraut werden, wie etwa der Inspektion und Reparatur beschädigter Infrastruktur, der Installation neuer Geräte an schwer zugänglichen Stellen oder der Betreuung von Naturkatastrophen und Industrieunfällen. Schließlich könnte ein LEO-ähnlicher Roboter sogar empfindliche Ausrüstung an die Oberfläche eines Himmelskörpers wie des Mars oder des Saturnmondes Titan transportieren. Noch unheilvoller könnte der agile zweibeinige Flieger in der Verteidigung oder im Krieg eingesetzt werden.
Die Sci-Fi-Attribute von LEO sind kein Zufall. In einer E-Mail teilte mir das Team mit, dass es von dem fiktiven fliegenden humanoiden Roboter Astro Boy und den Iron Man-ähnlichen Jet-Anzügen von Gravity Industries’ Richard Browning inspiriert wurde. Letztlich ging es aber darum, die Schnittmenge von Gehen und Fliegen aus Dynamik- und Kontrollperspektive zu untersuchen und „eine nie dagewesene Gehfähigkeit zu verleihen und Probleme der hybriden Fortbewegung zu lösen“, wie das Team in einem Video erklärt. Das Caltech-Team hofft auch, adaptive Fahrwerke für vertikale Starts und Landungen (VTOL) in schwierigem Gelände zu bauen.
Die Natur hat diesen Trick schon vor langer Zeit herausgefunden, denn Vögel, Fledermäuse, Insekten und viele andere Organismen können zwischen diesen beiden Fortbewegungsarten hin und her wechseln. Es bietet einen deutlichen evolutionären Vorteil. Roboter hingegen sind in der Regel spezialisiert und können sich nur auf eine dieser beiden Arten bewegen. Das hat Vor- und Nachteile: Bodenroboter sind trittsicher, robust und können schwere Lasten tragen, kämpfen aber in schwierigem Gelände und können keine hohen Stellen erreichen. Flugdrohnen sind sehr mobil und in der Lage, in allen möglichen Umgebungen zu fliegen, aber sie können aufgrund des hohen Energiebedarfs des Fluges nicht lange in der Luft bleiben und sind schlecht in der Durchführung feiner Manipulationsaufgaben. Daher der Wunsch, eine Maschine zu entwickeln, die das Beste aus beiden Welten nutzen kann.
Um Balance am Boden und Agilität in der Luft zu erreichen, musste LEO sorgfältig konstruiert werden. Kyunam Kim, Soon-Jo Chung, Elena-Sorina Lupu und Patrick Spieler erklärten in einer E-Mail, dass dies robuste, aber leichte Komponenten sowie Algorithmen zur Steuerung der vier Propeller und Beingelenke von LEO „synchronisiert, um sicherzustellen, dass LEO geht“ erfordert oder fliegt, ohne das Gleichgewicht zu verlieren.“ Die beiden unterschiedlichen Domänen „sind in bestehenden Robotersystemen normalerweise nicht miteinander verflochten, und wir mussten eine Vielzahl von technischen Problemen angehen, die in anderen Robotersystemen nicht gut untersucht wurden“, fügten sie hinzu. Ein Forschungspapier, das diese Arbeit skizziert, wurde heute in Science Robotics veröffentlicht.
LEO wiegt nur 2,58 kg und ist 75 cm groß. Wie ein Vogel nutzt der Roboter seine schlanken, mehrgelenkigen Beine, um sich vom Boden abzustoßen und beim Start zu helfen. Die geneigten elektrischen Triebwerke von LEO – die vier Propeller – sind mit diesen Sprüngen synchronisiert. LEO läuft wie auf Stöckelschuhen, aber diese Absätze ermöglichen ein ausgeglichenes Stehen; Sollten die Bedingungen es jedoch rechtfertigen, könnten die Propeller von LEO immer einspringen, um weitere Stabilität zu gewährleisten. Batterien, Sensoren und die erforderliche Rechenleistung sind im Rumpf des Roboters untergebracht, was volle Autonomie und keine klobigen Kabel ermöglicht.
„Wir stellen fest, dass die Optimierung des Energieverbrauchs von LEO bei dieser Arbeit keine Priorität hatte“, erklärte das Team in seiner E-Mail. „Stattdessen haben wir uns auf ein breites Spektrum an Fähigkeiten konzentriert.“
In Tests wechselte LEO zwischen agilem Gehen und Fliegen hin und her, um herausfordernde Hindernisse zu vermeiden und schwierige Aufgaben auszuführen, bei denen Gleichgewicht erforderlich war – einschließlich Skateboarden und Gehen auf einer Slackline. Das Design von LEO ermöglichte „dynamisches zweibeiniges Gehen mit komplexer Bodeninteraktion bei gleichzeitiger Beibehaltung der Flugleistung eines Multi-Rotor-Fahrzeugs“, wie das Team in seiner E-Mail schrieb. Das Team behauptet, dass LEO der erste zweibeinige Roboter ist, der Slacklinen durchführt, wenn auch mit Hilfe seiner Propeller.
Mit der kombinierten Kraft des Gehens und Fliegens hofft das Team, eine breite Palette von Robotermissionen zu ermöglichen, wie zum Beispiel die Inspektion von Hochspannungsleitungen und die Überwachung von hohen Brücken. Diese Bots könnten eine alternde Infrastruktur inspizieren, in Katastrophenszenarien arbeiten und sogar entfernte Welten erkunden.
Die Propeller sind geneigt, um den Gang des LEO effektiver zu stabilisieren, aber diese Wahl verringert seine Effizienz während des Fluges. Um das zu hebende Gewicht zu minimieren, sind die Beine schlank und nicht sehr kräftig. LEO braucht beim Gehen ständige Unterstützung durch die Propeller, was ihn energiehungriger macht als ein rein terrestrischer Roboter … zu den Designentscheidungen. Die Minimierung von Kompromissen bleibt eine gewaltige Herausforderung.
Mintchev, der nicht an der neuen Studie beteiligt war, gab dem Team seinen Rat und sagte, sie sollten sich weiterhin von der Natur inspirieren lassen. Er zeigte auf fliegende Schlangen, die ihre Körper flachdrücken, um das Gleiten zu verbessern.
Sicherlich gibt es Raum für Verbesserungen, aber LEO ist der erste einer völlig neuen Robotergattung. Da Astro Boy eine wichtige Inspiration ist, haben diese Wissenschaftler noch einen langen Weg vor sich.
