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maxon lässt die Muskeln spielen

: Kwapil & Co GesmbH


Im EU Projekt Eccerobot arbeiten Forscher an einem neuartigen „Humanoiden Roboter“. Dieser soll in Zukunft nicht nur wie ein Mensch aussehen, sondern sich auch wie einer bewegen und verhalten. Die künstlichen Muskeln des heute noch etwas schaurig anmutenden Zeitgenossen werden durch präzise Gleichstromantriebe von maxon motor (ÖV: Kwapil & Co) in Bewegung gesetzt.

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Schaurig aber spannend – das EU Projekt Eccerobot. (Bildnachweis: Rob Knight, the robot studio)

Schaurig aber spannend – das EU Projekt Eccerobot. (Bildnachweis: Rob Knight,...

Humanoide Roboter ziehen schon seit Jahren das öffentliche Interesse auf sich. Dabei lösen sie unterschiedliche Gefühlslagen bei uns aus. Während die einen von der fortschrittlichen Technik fasziniert sind, schreckt die seelenlose Perfektion der Maschinen die anderen ab. Beispiele gibt es viele: Ob das Modell Asimo von Honda, der Einsteinroboter Albert HUBO vom Korean Institute of Technology oder das Robotermädchen HRP-4 C von Japans National Institute of Advanced Industrial Science and Technology und Kawada – sie alle beeindrucken, wenn sie an Ausstellungen über die Bühne laufen, Menschen ausweichen oder diesen die Hände schütteln. Grundsätzlich folgen solche Konstruktionen dem Konzept von Industrierobotern. Hände, Arme und Beine sind steife, metallische Gliedmassen, die von Elektromotoren – vielfach aus dem Hause maxon motor – gedreht und gebeugt werden.

Zweibeinige Roboter funktionieren heute jedoch erstaunlich gut – obwohl die Simulation des humanen Gangs sehr herausfordernd ist. Der menschliche Körper stellt seinen Gleichgewichtspunkt parallel zu den Änderungen seines Auflagepunkts und in Abhängigkeit vieler weiterer Faktoren ständig neu ein. Je fließender die Bewegungen eines Roboters also sein sollen, desto genauer müssen die Positionen der einzelnen Gliedmassen berechnet und ausgeführt werden. Das bringt Unmengen von Daten mit sich – und kleinste Fehler können Stürze verursachen.

Das EU Forschungsprojekt Eccerobot verfolgt einen völlig neuen Ansatz. Es baut menschenähnliche Roboter mit Knochen, Muskeln und Sehnen. „Wir wollen einen Roboter bauen, der nicht nur die Form eines Menschen nachahmt, sondern auch die innere Struktur und die Mechanismen des menschlichen Bewegungsapparates kopiert“, sagte erst kürzlich
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Bewegungsprinzip des Eccerobot-Armes.

Bewegungsprinzip des Eccerobot-Armes.

Owen Holland, Leiter des Projekts, in einem Interview. Eccerobot soll individuell auf verschiedene Situationen reagieren und mit der Umgebung in Austausch treten können. Denn ein Roboter-Butler im Haushalt oder ein –Pfleger im Spital sollte genau diese Eigenschaften haben, um im täglichen Leben bestehen zu können. Damit wären auch mögliche Einsatzgebiete von Eccerobot erwähnt.

Ein Skelett mit Knochen, Muskeln, Sehnen – und Gleichstrommotoren

Eccerobot zeichnet sich durch ein Skelett aus, an dem Muskeleinrichtungen sitzen. Die Knochen bestehen aus dem Kunststoff Polycaprolacton (PCL), auch Polymorph genannt. Er wird bei einer Temperatur von 60° weich und lässt sich dann beliebig modellieren. Abgekühlt wird Polymorph wieder fest und kann Zugkräften gut widerstehen. Dabei behält er aber dennoch eine gewisse Elastizität bei.

Im ganzen Roboter sind 80 Aktuatoren untergebracht – einer für jeden Muskel. Diese bestehen aus einem maxon-Motor mit Getriebe und Encoder, einer Spindel, einer Drachenschnur und einem Gummiband. Das hört sich sehr improvisiert an. Beim Betrachten wird es einem aber doch etwas unheimlich, zumal der Roboter im Aufbau sehr an einen Menschen erinnert. Aber wie funktionieren nun eigentlich die Körperbewegungen?

Nehmen wir den Arm von Eccerobot als Beispiel. Er ist aus zwei Polymorph-Knochen gebaut,
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maxon RE-Motoren sind beliebte Antriebe in Robotik-Anwendungen.

maxon RE-Motoren sind beliebte Antriebe in Robotik-Anwendungen.

an denen die künstlichen Muskeln befestigt sind. Die Drachenschnur verbindet die Spindel auf dem Getriebe mit dem Gummiband, das auf der anderen Seite am Knochen fixiert ist. Um den Muskel anzuspannen, dreht der Gleichstrommotor über das Getriebe die Spindel, auf der sich die Drachenschnur aufrollt. Dadurch zieht sie über das elastische Gummiband langsam den Unterarm heran.

Damit wir den Menschen verstehen

Beim Projekt Eccerobot geht es vor allem um Grundlagenforschung. Dank Robotern will man verstehen, wie menschliche Intelligenz funktioniert. So spielt sich Intelligenz, nach Erkenntnissen von Forschern, nicht nur im Gehirn ab, sondern soll etwas sein, das im ganzen Körper verteilt ist. „Wenn wir einen Arm hochheben, verändert auch unser restlicher Körper vollständig seine Haltung“, sagt Rolf Pfeifer, Direktor des Artificial Intelligence Laboratory (AI Lab) an der Universität Zürich, das neben andern Universitäten ebenfalls am Eccerobot arbeitet. „Die Bewegungen der Körperteile des Roboters stehen deshalb miteinander in Beziehung. Verbindet man die entsprechenden sensomotorischen Daten mit denen des optischen Systems, also der Kamera, gibt es zwischen ihnen Korrelationen, die erkannt werden können. Auf diese Weise kann der Roboter allmählich seine Dynamik selbst lernen und ein Wissen über seinen Körper aufbauen“, erläutert Pfeifer weiter.

Eccerobot wird vorerst ein Oberkörper bleiben. Momentan befindet sich die Steuerelektronik noch in einem externen Gehäuse, soll
jedoch später im ganzen Skelett verteilt werden. Langfristig möchten die Wissenschaftler jedoch einen Humanoiden Roboter bauen, der wie ein Mensch auf zwei Beinen gehen und mit der Umwelt agieren kann. Die Beinpaare sind bereits konstruiert.

In Zukunft sollen alle Aktuatoren des Eccerobot und sämtliche Humanoide Roboter am AI Lab mit Präzisionsantrieben, Getrieben und Sensoren von maxon motor ausgestattet sein.
Schaurig aber spannend – das EU Projekt Eccerobot. (Bildnachweis: Rob Knight, the robot studio)
Bewegungsprinzip des Eccerobot-Armes.
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