Vierbeiniger Roboter funktioniert ohne Elektronik

In einer der neuesten Entwicklungen im Bereich der Robotik hat ein Team von Ingenieuren an der University of San Diego einen vierbeinigen Weichroboter entwickelt, der ohne Elektronik funktionieren kann. Stattdessen verlässt er sich auf Druckluft für alle seine Steuerungs- und Bewegungssysteme.

Michael T. Tollet, Professor für Maschinenbau an der Jacobs School of Engineering der UC San Diego, leitete das Team und seine Forschung. Es wurde am 17. Februar in der Zeitschrift Science Robotics veröffentlicht.

Tollet wurde von Dylan Drotman, einem Doktoranden in der Forschungsgruppe und Erstautor des Papiers, begleitet.

“Diese Arbeit stellt einen grundlegenden, aber bedeutenden Schritt towards vollständig autonome, elektronische freie Laufroboter dar”, sagte Drotman.

Der Roboter

Der größte Unterschied zwischen dem neu entwickelten Roboter und bestehenden Weichrobotern ist, dass letztere, obwohl sie auch von Druckluft angetrieben werden, auf elektronische Schaltkreise angewiesen sind. Aufgrund dessen sind viele komplexe Komponenten wie Leiterplatten, Ventile und Pumpen beteiligt, die außerhalb des Roboterkörpers liegen. Die elektronischen Komponenten sind für den Roboter von entscheidender Bedeutung, da sie als Gehirn und Nervensystem fungieren, und aufgrund ihrer Bedeutung sind sie oft teuer und benötigen viel Platz.

Der von dem UC-San-Diego-Team entwickelte Roboter hingegen verlässt sich auf ein leichtes und preisgünstiges System von Pneumatikschaltkreisen. Das System besteht aus Rohren und weichen Ventilen, die sich auf dem eigentlichen Roboter befinden. Mit diesem System kann er auf Signale aus der Umgebung reagieren und auf Befehl laufen.

“Mit unserem Ansatz könnten wir ein sehr komplexes Roboter-Gehirn entwickeln”, sagte Tolley. “Unser Fokus lag hier darin, das einfachste luftgesteuerte Nervensystem zu entwickeln, das zum Steuern des Laufens erforderlich ist.”

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Vier Beine, drei Freiheitsgrade pro Bein

Der Roboter verfügt über luftgesteuerte Muskeln in seinen vier Gliedmaßen, in die Druckluft durch Ventile eintritt. Er besteht auch aus mechanischen Sensoren in Form von weichen Blasen, die mit Flüssigkeit gefüllt sind und sich auf dem Körper befinden. Eine Umkehr der Richtung kann im Roboter erreicht werden, wenn die Blasen zusammengedrückt werden, was dazu führt, dass die Flüssigkeit einen Ventil im Roboter umschaltet.

Der Roboter hat vier Beine, mit drei Freiheitsgraden und drei Muskeln. Sie bestehen aus drei parallelen, verbundenen pneumatischen zylindrischen Kammern mit Balgen, und die Beine sind um 45 Grad nach unten geneigt.

Die Gliedmaßen der Beine können in die entgegengesetzte Richtung gebogen werden, wenn eine Kammer unter Druck gesetzt wird, was bedeutet, dass jede von ihnen über eine Mehrachsen-Biegung verfügt, die das Laufen ermöglicht. Mit einem weichen Ventil kann die Drehrichtung der Gliedmaßen zwischen Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn umgeschaltet werden.

Die Forscher werden nun darauf hinarbeiten, den Roboter auf natürlichen Terrains und unebenen Oberflächen einzusetzen, was ein komplexeres Netzwerk von Sensoren und Pneumatiksystemen erfordert.