Software erzeugt Roboter

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Forschern ist es gelungen, Roboter automatisch – ohne Zutun des Konstrukteurs – von einem Software-Algorithmus konstruieren zu lassen. Grundlage der implementierten Bewegungsabläufe ist die Bionik.

Roboter aus Röhren mit Kugelgelenken, Bild: IPA
Roboter aus Röhren mit Kugelgelenken, Bild: IPA

Roboter spielen nicht nur in der Fertigung der Autoindustrie eine wichtige Rolle. Auch als Erkundungs-, Transport- oder Service-Roboter werden sie eingesetzt. Die Bewegungsabläufe der Roboter so zu modellieren, dass sie sich fortbewegen oder Gegenstände greifen können, ist eine Herausforderung. Am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA Stuttgart nimmt ein Software-Algorithmus den Ingenieuren jetzt Arbeit ab.

Die Roboter bestehen aus zylinderförmigen Röhren mit Kugelgelenken, die je nach Zweck und äußeren Faktoren verschiedene Formen annehmen können. “Bewege Dich möglichst effizient vorwärts auf einer ebenen Fläche, reicht der Software als Input”, so Andreas Fischer, Produktentwickler am IPA. Bestimmte Funktionen im Software-Algorithmus wählen dann aus, mit welchen Bewegungselementen der Roboter am besten auf einer Fläche vorankommt: Die Software bestimmt die Form der Röhren, die Lage der Bewegungspunkte und die Position der Antriebe (Aktuatoren).

Basis ist eine ‘Physic Engine’, in der die wichtigsten Umgebungseinflüsse wie Reibung des Bodens oder Schwerkraft implementiert sind. Soll der Roboter Unebenheiten verkraften, Treppen steigen oder im Wasser schwimmen, lassen sich diese Umweltbedingungen simulieren. Ergebnis ist nicht nur eine, sondern eine Vielzahl an Lösungen, aus denen sich der Konstrukteur die besten heraussucht. “Ein Gewinn ist, dass der Algorithmus oft überraschende Varianten ausspuckt – Mutationen, auf die ein Konstrukteur nicht so ohne weiteres gekommen wäre”, erklärt Fischer.

Grundlage der implementierten Bewegungsabläufe ist die Bionik. Der ursprüngliche Algorithmus stammt von den US-Wissenschaftlern Hod Lipson und Jordan Pollack und ihrem Golem-Projekt. Die Software wurde von der i2p – ideas to products in Sankt Gallen so weiterentwickelt, dass die Geometrien der Roboter direkt als CAD-Datei ausgegeben und von elektronischen Werkzeugmaschinen produziert werden können. Die Mechatronik sowie die Fortbewegung mittels eines Faltenbalg-Antriebs wurden am IPA geschaffen.