Vom Bürgersteig zur Robotik: Aufblasbare Puppen inspirieren hirnlose Roboter

Robotik

Redaktion der Website für technologische Innovationen - 14.05.2025

Die Beine des Roboters synchronisieren sich selbst und ermöglichen ihm so die Navigation in unbekanntem Gelände. [Bild: AMOLF/Alberto Comoretto]

Verrückte Roboter

Aufblasbare verrückte Puppen haben sich von lustigen Kuriositäten zu einem professionellen Werbemittel entwickelt und nun den Schritt in die Hochtechnologie gemacht.

Alberto Comoretto und seine Kollegen am Amolf-Institut in den Niederlanden haben dasselbe Prinzip wie die Schaukelpuppen genutzt, um einen Roboter zu entwickeln, der läuft, springt und sogar schwimmt, und das alles ohne Gehirn, Elektronik oder künstliche Intelligenz – nur mit flexiblen Schläuchen, Luft und einigen grundlegenden physikalischen Gesetzen.

Es handelt sich um einen der schnellsten Softroboter, die jemals entwickelt wurden, und auch um einen der einfachsten.

Es hat keinen Mikrocontroller, keine Software und nicht einmal Sensoren . Und dennoch bewegt er sich mit überraschender Koordination und Autonomie, einfach aufgrund der Struktur seines Körpers und der Art und Weise, wie er mit der Umgebung interagiert.

Mit anderen Worten: Dieselbe Physik, die verrückte Puppen bewegen und tanzen lässt, ist zum Schlüssel für die Schaffung einer neuen Familie autonomer und äußerst vielseitiger Roboter geworden – es gibt beispielsweise nicht viele Roboter, die ohne Modifikationen laufen und schwimmen können.

Beim Freistilschwimmen werden dieselben selbstschwingenden Gliedmaßen synchronisiert, die beim Gehen verwendet werden. [Bild: AMOLF/Alberto Comoretto]

Autonome synchronisierte Bewegung

Die Beine des Roboters bestehen aus weichen, hohlen Röhren. Nur durch einen kontinuierlichen Luftstrom angetrieben, beginnt jeder von ihnen zu schwingen, wie aufblasbare Puppen auf dem Bürgersteig – der Luftstrom ist eingebettet, das heißt, er wird im Körper des Roboters selbst erzeugt, was bedeutet, dass er autonom ist.

Jedes Bein schwingt von selbst zufällig. Doch wenn viele von ihnen auf eine gut geplante Art und Weise miteinander gekoppelt werden, geschieht etwas Interessantes: Ihre Bewegungen synchronisieren sich schnell und nehmen rhythmische Bewegungen an, die sich sehr gut zur Fortbewegung eignen.

„Plötzlich entsteht Ordnung aus dem Chaos“, sagte Comoretto. Es gibt keinen Code, keine Anweisungen. Die Beine synchronisieren sich einfach spontan und der Roboter hebt ab. So wie Glühwürmchen synchron blinken oder Herzzellen im Gleichklang schlagen, entstehen komplexe kollektive Bewegungen aus einfachen Interaktionen.

Beispiel für die Bewegung einer aufblasbaren Maschine. [Bild: Alberto Comoretto et al. - 10.1126/science.adr3661]

Schneller als Ferrari

Eine weitere unerwartete Eigenschaft des Roboters ist seine Geschwindigkeit. Bei eingeschaltetem Luftstrom erreicht der Roboter eine Gehgeschwindigkeit von 30 Körperlängen pro Sekunde.

Möchten Sie einen Vergleich? Ein Ferrari schafft lediglich 20 Karosserielängen pro Sekunde. Mit anderen Worten: Die Geschwindigkeit des Roboters ist um ein Vielfaches höher als die anderer luftbetriebener Roboter, die immer noch eine vom Roboter selbst getrennte Computersteuerung benötigen.

Und damit nicht genug: Die Synchronisierung ist adaptiv. Trifft der Roboter auf ein Hindernis, orientiert er sich neu. Beim Übergang vom Land ins Wasser beispielsweise ändert sich der Gangrhythmus spontan von einem phasenweisen Sprungmuster zu einem Freistilschwimmen. Diese Übergänge erfolgen ohne zentralen Prozessor oder Steuerlogik: Die Bewegung entsteht durch die starke Kopplung zwischen dem Körper des Roboters und der Umgebung, ohne dass Sensoren zur Erkennung der Anwesenheit von Wasser oder Luft erforderlich sind.

„In der Biologie sehen wir oft eine ähnliche dezentrale Intelligenz“, sagte Teammitglied Mannus Schomaker. „Seesterne beispielsweise koordinieren Hunderte von Saugfüßchen mithilfe lokaler Rückmeldungen und Körperdynamik, nicht mithilfe eines zentralen Gehirns.“

Diese Physik macht sich die Natur auch bei den Werbepuppen zunutze, die man auf den Bürgersteigen sieht. [Bild: Alberto Comoretto et al. - 10.1126/science.adr3661]

Maschine mit mehreren Anwendungen

Diese Demonstration stellt die gängige Meinung in Frage, dass Roboter komplexe Steuerungssysteme benötigen, um komplexe oder realistische Verhaltensweisen auszuführen.

„Einfache Objekte wie Röhren können komplexe und funktionale Verhaltensweisen hervorrufen, vorausgesetzt, wir verstehen, wie wir die zugrunde liegende Physik nutzen können“, sagte Professor Bas Overvelde, der das Team leitete. Tatsächlich möchte der Forscher selbst die Schöpfung seines Teams nicht als Roboter bezeichnen. „Es gibt kein Gehirn, keinen Computer. Im Wesentlichen ist es eine Maschine. Aber wenn es richtig konstruiert ist, kann es viele Robotersysteme übertreffen und sich wie ein künstliches Lebewesen verhalten“, sagte Overvelde.

Die Forscher hoffen jedoch, dass ihre Arbeit zu neuen Denkweisen bei der Entwicklung von Robotern anregt: einfachere, anpassungsfähigere und robustere Systeme, nicht durch Computer und KI, sondern durch Physik.

An möglichen Anwendungen mangelt es nicht, von intelligenten Pillen bis hin zur Weltraumtechnologie. Zur ersten Gruppe gehören sichere Mikroroboter ohne Mikroelektronik, die geschluckt werden können und Medikamente nach Erreichen des Zielgewebes autonom freisetzen, sowie tragbare Roboter-Exoskelette, die sich ohne Prozessoren mit den Schritten des Gehens synchronisieren, wodurch der Energieverbrauch gesenkt und die menschliche Kraft erhöht wird. Es könnte sich aber auch um autonome mechanische Maschinen handeln, die für extreme Umgebungen wie den Weltraum geeignet sind, wo herkömmliche Elektronik aufgrund extremer Temperaturschwankungen und hoher Strahlungsbelastung versagen kann.

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