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Vorbild Natur Schabe inspiriert Laufart von Robotern

| Redakteur: Katharina Juschkat

Wenn Schaben schnell laufen, dann entwickeln sie eine andere Gangart, ähnlich wie der Galopp bei Pferden. Diese Erkenntnis könnte für Laufroboter interessant sein, die häufig nach dem Vorbild von Insekten konstruiert sind.

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Sechsbeinige Insekten wechseln die Gangart, wenn sie schneller laufen. Das könnte auch bei Robotern sinnvoll sein.
Sechsbeinige Insekten wechseln die Gangart, wenn sie schneller laufen. Das könnte auch bei Robotern sinnvoll sein.
(Bild: gemeinfrei / CC0 )

Von Säugetieren ist es bekannt, dass die bei verschiedenen Geschwindigkeiten die Gangart wechseln – bei Pferden etwa spricht man von Schritt und Trab. Und so, wie das Pferd bei mittlerer Geschwindigkeit von Trab auf Galopp wechselt, haben Kölner Zoologen jetzt herausgefunden, dass auch Schaben und im allgemeinen sechsbeinige Insekten ihre Gangart wechseln. Diese Fähigkeit ist nicht nur für die Zoologie interessant – auch für die Robotik könnte diese Erkenntnis nützlich sein.

Stabile Gangart für alle Gelegenheiten

Langsames Laufen ist bei Insekten aufgrund des niedrigen Körperschwerpunkts und dreier stets synchron arbeitender Beine statisch sehr stabil. Dr. Tom Weihmann von der Universität Köln sagt: „Mich hat besonders überrascht, dass mit dem Wechsel in der Beinkoordination auch ein Wechsel in den Mechanismen zur Stabilisierung der Bewegung einhergeht.“ Die Untersuchungen zeigten, dass der Gangartwechsel bei hohen Geschwindigkeiten und auf rutschigen Untergründen mit einem Wechsel von statischer zu dynamischer Stabilisierung einhergeht. Dadurch wird der Kontrollaufwand durch das Nervensystem minimiert und dennoch eine hohe energetische Effizienz gewährleistet.

„Diese Entdeckung hat nicht nur weitreichende Bedeutung mit Blick auf Verhalten und Ökologie von Insekten und anderer Arthropoden“, sagt Weihmann: „Unsere Erkenntnisse können auch auf Probleme in der Robotik übertragen werden.“ Bei Robotern bietet der Antrieb durch Beine grundsätzlich eine größere Geländegängigkeit als radgetriebene Antriebe. Vor allem bei hohen Laufgeschwindigkeiten verbrauchen Roboter jedoch vergleichsweise viel Energie – ganz im Gegensatz zu vielen Tieren.

Schnelle Roboter für den Mars

Das Bewegungsmuster der Schabe könnte dazu beitragen, Robotern eine hohe Laufgeschwindigkeite bei akzeptablem Energieverbrauch zu ermöglichen. „Laufroboter, die zukünftig in Katastrophengebieten auf der Erde, auf dem Mars oder anderen extraterrestrischen Himmelskörpern zum Einsatz kommen sollen, werden häufig nach dem Vorbild von Insekten konstruiert“, erklärt Weihmann. „Die Anpassung des Koordinationsmusters von Roboterbeinen an das von schnell laufenden Schaben bietet eine Möglichkeit, schnelle Bewegungen ökonomischer zu gestalten und damit das Durchhaltevermögen des Roboters unter unwirtlichen Bedingungen zu verbessern.“ Die Wissenschaftler hatten schnelle Läufe von Schaben der Art Nauphoeta cinerea auf rutschigem und griffigem Untergrund analysiert. Als Ergebnis zeigte sich, dass die Tiere die Synchronisation ihrer Beine bei hoher Laufgeschwindigkeit reduzierten und damit auch auf rutschigem Untergrund in der Lage waren, Störungen der Koordination und Stürze zu vermeiden.

Auch der Robotikhersteller Boston Dynamics orientiert sich an tierischen Vorbildern:

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