🤖 So sieht ein Roboter aus, der von Mathematik entworfen wurde, ohne sich von der Natur inspirieren zu lassen (Video)
Ihre Maschine mit dem Namen Argus besitzt 20 teleskopartige Beine, die um einen zentralen Körper angeordnet sind. Diese ungewöhnliche Architektur ermöglicht es ihr, sich ohne Drehung in alle Richtungen zu bewegen, an Wänden zu klettern und schwere Lasten zu tragen. Ein Ansatz, der jahrzehntelange biomimetische Robotik in Frage stellt.
Der Roboter Argus in Aktion, der seine dodekaederförmige Struktur mit 20 Beinen zeigt. Bildnachweis: Duke University
Argus hat weder vorne noch hinten. Seine 20 Beine, die jeweils mit einer Tiefenkamera an der Spitze ausgestattet sind, strahlen von einem zentralen Körper aus. Die Forscher nannten ihre Kreation nach dem Riesen Argus aus der griechischen Mythologie mit hundert Augen. Dieser Roboter kann über Gras, Sand, Felsen rollen und sogar senkrechte Wände erklimmen. Er behält sein Gleichgewicht, selbst wenn er heftig gestoßen wird oder drei seiner Beine verliert.
Die entscheidende Innovation beruht auf einem mathematischen Konzept namens dynamische Isotropie. Dieser Wert, der von 0 bis 1 reicht, misst die Fähigkeit eines Roboters, gleichmäßig in alle Richtungen zu beschleunigen. Die meisten heutigen Roboter, einschließlich humanoider Roboter und Drohnen, erreichen einen Wert unter 0,6. Argus erreicht 0,91, nahe am theoretischen Maximum. Das bedeutet, dass er sowohl nach vorne als auch nach hinten oder zur Seite gleich gut reagieren kann.
Die Forscher erreichten diese Leistung, indem sie die Beine um eine bestimmte geometrische Form, das reguläre Dodekaeder, anordneten. Diese Struktur mit zwölf fünfeckigen Flächen bietet dem Roboter ein nahezu gleichmäßiges Sichtfeld. Der Roboter muss sich nicht ausrichten, um sich zu bewegen oder mit seiner Umgebung zu interagieren.
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Die Tests wurden auf dem Campus der Duke University auf verschiedenen Untergründen wie Beton, Gras, Schlamm und Sand durchgeführt. Argus überwand Hindernisse und schob einen Würfel mit einem Meter Seitenlänge. Selbst mit drei beschädigten Beinen bewegte er sich weiter. Die Forscher demonstrierten auch seine Fähigkeit, zwischen zwei senkrechten Wänden zu klettern.
Diese Forschung bietet nicht nur einen innovativen Roboter, sondern auch eine neue Entwurfsmethode. Anstatt die Natur zu kopieren, können Ingenieure nun von tiefgreifenden mathematischen Prinzipien ausgehen, um Maschinen mit beispiellosen Fähigkeiten zu schaffen. Chen, Mitautor der Studie, erklärt, dass Roboter Menschen oder Hunde nicht nachahmen müssen, um an Agilität zu gewinnen. Es reicht aus, nach der perfekten dynamischen Symmetrie zu suchen, um die Robotik zu verändern.
Die Auswirkungen gehen über die reine Demonstration hinaus. Dieser mathematische Rahmen könnte verwendet werden, um verschiedene Roboterstrukturen zu vergleichen und neue von Grund auf zu entwerfen. Xia, Postdoktorand im Labor, präzisiert, dass dieser Ansatz einen Roboter hervorbringt, der sich in unwegsamem Gelände, in überfüllten Umgebungen und sogar bei geringer Schwerkraft bewegen kann. Das verändert, was in der Robotik möglich ist.