Agiler Roboter: Der neu entwickelte Laufroboter “Anymal” der ETH Zürich überwindet in beeindruckender Geschwindigkeit einen ihm unbekannten Hindernisparcours. Dabei rennt er von Hindernis zu Hindernis, springt über Hürden und kriecht unter einem Tisch hindurch. Die Forschenden hoffen, seine Fähigkeiten bald einsetzen zu können, um gefährliches Terrain in Katastrophengebieten zu inspizieren.
Laufroboter sollten idealerweise so agil sein wie Menschen, am besten sogar so flink und wendig wie Parcours-Athleten. Denn Roboter, die geschickt meterhohe Häuserwände hinaufklettern, über Geländer springen oder auf Bäume klettern können, lassen sich vielfältig einsetzen – beispielsweise, um Orte zu erkunden, die für Menschen zu gefährlich sind. Doch auch wenn einige Roboter bereits das 30-Fache ihres eigenen Gewichts ziehen und sogar skateboarden können – die Entwicklung eines superagilen Laufroboters steckt noch in den Anfängen.
Laufroboter rennt durch Hindernis-Parcours
Doch wie kann man einem Laufroboter beibringen, wie ein menschlicher Athlet einen Hindernis-Parcours zu durchlaufen? Um dies zu bewerkstelligen, entwickelten Forscher der ETH Zürich einen 55 Kilogramm schweren Laufroboter mit vier Beinen und zwölf elektrischen Gelenken, den sie „Anymal“ tauften. Sechs integrierte Kameras – zwei vorne, zwei hinten, eine rechts und eine links – sowie ein Lidar-Laserscanner zur optischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessung, liefern Anymal Daten über das ihn umgebende Terrain.
Indem die Wissenschaftler bei der Steuerung von Anymal maschinelle Lernmethoden mit sogenannter modellbasierter Regelung kombinierten, brachten sie ihm bei, sich eigenständig gehend, springend, kletternd und hockend durch einen Hindernis-Parcours zu schlagen. Dabei wertet ein Navigationsmodul die Umgebungsdaten aus und gibt darauf basierend Anweisungen an das Fortbewegungsmodul – je nach Hindernis beispielsweise ‘Hochklettern’, ‘Springen’ oder ‘Laufen’. “Durch die Kombination beider Ansätze können wir das Maximum aus Anymal herausholen”, sagt Fabian Jenelten von der ETH.
Laufroboter Anymal stellt sein Können unter Beweis
Das Ergebnis ist lustig anzusehen: Im Testlauf kraxelte der Laufroboter flink über einen ihm unbekannten Parcour. “In unserem Test zeigen wir, dass das System in der Lage ist, die Herausforderungen eigenständig zu lösen. Das bringt Verhaltensweisen hervor, die so bisher nicht existierten. Der Roboter konnte schwieriges Gelände mit Geschwindigkeiten von bis zu zwei Meter pro Sekunde durchqueren und konstant die richtigen Navigationsentscheidungen treffen, um sein Ziel rechtzeitig zu erreichen.”, erklären die ETH-Forscher. Als Anymal doch einmal von einer Box stürzte, erholte er sich sofort wieder und lief direkt weiter.
Und nicht nur das: An mehreren Stellen entlang des Hindernisparcours legte der Roboter Fähigkeiten an den Tag, die nicht für die jeweilige Herausforderung entwickelt worden waren. So drehte er sich etwa in einer engen Passage mit einem Hüpfer um die eigene Achse, um sich vor dem Erklimmen des nächsten Hindernisses in die passende Position zu bringen. “Das Navigationsmodul war in der Lage, solche Stärken während des Trainingsprozesses zu entdecken und sie im Einsatz zu nutzen”, so die Forschenden.
Sogar als die Wissenschaftler während des Parcourslaufs einige der Hindernisse entfernten, konnte sich Anymal schnell neu orientieren. Laut den Forschenden ergab sich diese Fähigkeit aus den schnellen Reaktionszeiten des Roboters und der Fähigkeit des Wahrnehmungsmoduls, Diskrepanzen zwischen den errechneten Erwartungen und den aktuellen Sensormessungen sofort zu korrigieren.
Laufroboter könnten in Katastrophengebieten unterstützen
Dass Anymal den Hürdenlauf so gut meistern würde, hatten nicht alle Wissenschaftler erwartet. “Bevor wir mit dem Projekt begannen, waren einige meiner Forscherkollegen der Meinung, bei der Entwicklung von Laufrobotern sei bereits alles erreicht worden”, erzählt Koautor Nikita Rudin.” Ich hielt dagegen. Denn ich war davon überzeugt, dass mit der Mechanik von Laufrobotern noch viel mehr möglich ist.”
Die Ergebnisse zeigen, dass sich derartige Laufroboter problemlos in schwierigem Gelände bewegen können. Auch auf rutschigem Untergrund oder instabilen Geröllblöcken können sie sicheren Halt finden. Deshalb sollen Roboter wie Anymal bald auf Baustellen und überall dort eingesetzt werden, wo das Betreten für Menschen zu gefährlich ist: Sie könnten dann zum Beispiel auf Trümmerfeldern ein verfallenes Haus in einem Katastrophengebiet inspizieren. (Science Robotics, 2024; doi: 10.1126/scirobotics.adi7566)
Quelle: ETH Zürich
