Wissenschaftler entwickeln neue Formel für energieeffiziente Roboter

Armee-Wissenschaftler haben eine neue Formel entwickelt, die einen frischen Einblick in die Frage gibt, wie ein energieeffizienter Roboter mit Beinen gebaut werden könnte.

Der Artikel wurde in PLOS One. 

Änderung der Entwicklung von Armee-Fahrzeugen

Das U.S. Army Combat Capabilities Development Command, oder DEVCOM, zusammen mit dem Army Research Laboratory’s Drs. Alexander Kott, Sean Gart und Jason Pusey, entwickeln neue Ideen für den Bau autonomer militärischer Roboter-Plattformen mit Beinen. Das Team konzentriert sich darauf, sie so effizient wie möglich zu machen, wie andere Boden-Mobile-Systeme.

Die Verwendung solcher Systeme könnte die Entwicklung von Armee-Fahrzeugen ändern, und laut den Wissenschaftlern wissen sie noch nicht, warum Bein-, Rad- und Ketten-Systeme die gleiche Kurve aufweisen, aber die neuen Erkenntnisse sind ein Schritt nach vorne.

“Wenn Fahrzeug-Entwickler feststellen, dass ein bestimmtes Design mehr Leistung erfordert, als derzeit möglich ist, angesichts einer Vielzahl von realen Einschränkungen, könnte die neue Formel auf spezifische Bedürfnisse für verbesserte Leistungsübertragung und -erzeugung hinweisen oder die Masse- und Geschwindigkeitsanforderungen des Fahrzeugs neu bewerten”, sagte Gart.

Entwicklung der neuen Formel

Die Wissenschaftler wurden von einer Formel aus den 1980er Jahren inspiriert, die die Beziehungen zwischen der Masse, Geschwindigkeit und Leistungsverbrauch von Tieren zeigt, und sie entwickelten eine neue Formel, die auf eine breite Palette von Bein-, Rad- und Ketten-Systemen, wie Boden-Robotern, angewendet werden kann.

Das Team glaubt, dass sie die ersten sind, die die Beziehungen, die aus diesen Daten hervorgehen, zusammengestellt und studiert haben, obwohl sie bereits seit 30 Jahren existieren. Die Ergebnisse zeigen, dass Bein-Systeme genauso effizient sind wie Rad- und Ketten-Plattformen.

Kott dient als leitender Wissenschaftler des Laboratoriums.

“In der Welt von unbemannten Kampfflugzeugen und intelligenten Munitionen gibt es eine wachsende Rolle für Infanterie, die vorrücken, oft über mehrere Tage, und in dem meisten zerklüfteten Gelände, wie Bergen, dichten Wäldern und städtischen Umgebungen, angreifen kann”, sagte Kott. “Das liegt daran, dass solches Gelände den größten Schutz und die beste Tarnung gegen unbemannte Luftfahrzeuge bietet. Das wiederum erfordert, dass die Infanterie von Fahrzeugen unterstützt wird, die sich leicht in solchem zerklüfteten Gelände bewegen können. Bein-Fahrzeuge – möglicherweise autonome – wären sehr hilfreich.”

Energieeffizienz

Laut Kott ist eines der Probleme mit Bein-Robotern, dass sie scheinbar eine schlechte Energieeffizienz haben, und dies kann die Zusammenarbeit mit Soldaten einschränken.

“Für die letzten 30 Jahre haben US-amerikanische Militärwissenschaftler eine Reihe von Herausforderungen bei der Entwicklung autonomer Fahrzeuge angegangen”, sagte Kott. “Bodenfahrzeuge, die auf Rädern oder Ketten manövrieren, und Luftfahrzeuge, die kleinen Flugzeugen ähneln, die wir als festen Flügel und kleine Hubschrauber bezeichnen, die als Rotationsflügel bezeichnet werden, sind jetzt leiser und einfacher in Truppenformationen zu integrieren. Aber für Bein-Plattformen bleiben viele Hürden unerreichbar, und eine der größten ist es, sie energieeffizient zu machen.”

Soldaten können es sich nicht leisten, Treibstoff oder Batterien für “energiehungrige Bein-Roboter” zu tragen, sagte er.

Mit der neuen Formel fand das Team heraus, dass von Menschen gebaute Bein-Plattformen genauso effizient sein sollten wie Rad- und Ketten-Plattformen.

Das Team sammelte diverse Daten von Boden-Mobile-Systemen und studierte kombinierte Systeme wie den Ford Model T.

Laut Gart wird die Forschung den Designern helfen, Kompromisse zwischen Leistung, Geschwindigkeit und Masse für zukünftige terrestrische Roboter für Verteidigungszwecke zu bestimmen.

Die Formel könnte auch die erforderliche Leistung eines Fahrzeugs approximieren.

“Die Armee muss machbare, aber ambitionierte Ziele für Kompromisse zwischen Leistung, Geschwindigkeit und Masse von zukünftigen terrestrischen Robotern entwickeln”, sagte Kott. “Es ist unerwünscht, solche Ziele auf der aktuellen Erfahrung aufzubauen, da militärische Hardware oft über mehrere Jahre und sogar Jahrzehnte entwickelt und verwendet wird; daher müssen die Spezifizierer und Designer solcher Hardware ihre Ziele – wettbewerbsfähig, aber erreichbar – auf zukünftige technologische Möglichkeiten aufbauen, die zum Zeitpunkt der Konstruktion nicht vollständig verstanden werden.”