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Montag • 11:30
30.8.2004
Scorpion
Der Krabbel-Roboter für den Mars
Von Folkert Lenz

Scorpion (Bild: innovations-report.de)
Scorpion (Bild: innovations-report.de)
Nur allzu gerne würden Forscher auf fremden Planeten in tiefe Krater schauen, um etwas über die geologische Geschichte der Himmelskörper heraus zu bekommen oder gar nach außerirdischem Leben zu suchen. Doch es mangelt noch an geeigneten Maschinen dafür. Die Gefährte, die bislang auf Mond oder Mars gelandet sind, konnten sich meist nur im Zeitlupentempo bewegen, der Aktionsradius der so genannten Rover war begrenzt.
An der Universität Bremen haben Informatiker, Mathematiker und Maschinenbauer jetzt einen Gelände-Roboter entwickelt, der gehen und sogar klettern kann, denn er hat acht Beine. Die Technologie scheint so zukunftsweisend, dass die Europäische Weltraumagentur ESA den "Scorpion" jetzt drei Jahre lang auf Herz und Nieren prüfen will. Später könnte er vielleicht zum Mars fliegen.

Das Krabbeltier läuft auf Hochtouren, aber mehr als ein paar Zentimeter pro Sekunde sind nicht drin. Acht Beine heben und senken sich rhythmisch - ähnlich wie bei einer Spinne. Doch der Skorpion war Namensgeber für den Laufroboter der Universität Bremen.
Drei Gelenke hat jedes seiner Maschinenbeine. Aber im Gegensatz zum natürlichen Vorbild besitzt der Kunst-Skorpion keine Tasthärchen, die zur Orientierung und Koordination der Gliedmaßen dienen. Die Bremer Forscher haben versucht, das über die Gelenke wett zu machen, sagt der Informatik-Professor Frank Kirchner:

Das heißt, diese Feder oder dieser Fuß hier hat zwei Funktionen: Einmal ist es eine Dämpfung und gleichzeitig messe ich über die Feder - wie stark die eingedrückt ist - eben auch die Last, die auf jedem einzelnen Bein liegt. Und das nutzt der Roboter dann eben, um seine Lage auszugleichen. So dass er nicht zu einer oder der anderen Seite kippt.

Die Gelenke sind hier kleine Elektromotoren, die die zehn Kilo schwere Maschine auf Trab bringen. Der Alurumpf enthält die Recheneinheit und eine Batterie, die Energie für rund eineinhalb Stunden Krabbeln bereitstellt. Der Physiker Stefan Bosse kann das Kunsttierchen mit einem Laptop steuern.



Es gibt eine Funkverbindung, über die wir aber nur einfache Kommandos wie Geradeausgehen, Linksgehen, Rechtsgehen, Drehung übertragen. Das System selbst arbeitet autonom, kann auch Hindernisse erkennen und sie auch überwinden mit entsprechenden Reflexmechanismen. Wir müssen also in den Bewegungsgang selbst nicht eingreifen.

Und das ist zugleich die Crux. Denn der Skorpion soll eigenständig arbeiten. Es gibt keinen Joystick oder ein Lenkrad, mit dem er geführt wird. Die Maschine muss ihren Weg selbst finden, wenn die grobe Richtung erst mal eingestellt ist - auch, wenn sie auf Hindernisse trifft. Der Kognitionsforscher Christian Freksa will nun die Steuerungsalgorithmen für die Maschine so verfeinern, dass sie sich ähnlich wie der Mensch orientieren kann: Ohne Koordinaten soll sie trotzdem wissen, wo sie ist.

Uns interessiert jetzt besonders: Wie können wir dem Roboter Wissen über den Raum vermitteln, so dass er eigenständig planen kann. Dass er dann auch Navigationsstrategien verfolgen kann.

Ein echter Skorpion läuft mehrmals gegen ein Hindernis, bis er sich entscheidet, die Barriere vielleicht zu umlaufen - oder aber zu überklettern. Ähnlich soll auch der Kunst-Skorpion reagieren, wenn er in schwierigem Gelände unterwegs ist, erklärt Projektleiter Frank Kirchner.

Viele von diesen Tieren verfügen gar nicht über die Prozessorausstattung, um also große, komplexe Algorithmen ablaufen zu lassen. Die haben wirklich nur ein paar Neurone, ein paar Hundert, ein paar Tausend, ein paar Zehntausend, aber das ist verschwindend gering - verglichen mit der Prozessorleistung, die ein kleiner Walkman hat. Und dennoch bewegen sich diese Tiere sehr, sehr fehlertolerant in allen möglichen Geländeformen.

Die Bremer Robotiker haben ihren Skorpion mittlerweile auf Sand, auf Gras, auf Kies und zwischen Steinbrocken herum krabbeln lassen und sind zufrieden. Sie glauben, dass acht Gliedmaßen in rauem Gelände praktischer sind als Räder oder Ketten.

Die Raupe oder das Rad muss ich - wenn ich über unwegsames Gelände will - einfach so groß wählen, dass ich die Hindernisse einfach brachial überfahre. Das ist die Panzermethode. Die Natur hat sich intelligentere Lösungen einfallen lassen: Beine, die eben kinematisch komplexer sind.

Der halbautonome Roboter ist fit für Wüstengelände. Auch steile Abhänge sind für ihn kein Problem. Deswegen wollen ihn Weltraumforscher womöglich auf den Mars schicken. Zu Stellen, die bislang für andere Gefährte unerreichbar waren, sagt der Informatiker Dirk Spenneberg:

Denkbar ist gerade bei diesen laufenden Systemen, dass wir damit in sehr, sehr unzugängliches Gelände vordringen können. Das was derzeit am interessantesten angesehen wird - vor allem von den Astrogeologen - sind die steilen Kraterhänge, wo man sich erhofft, an den verschiedenen Sedimentschichten, die man dort sehen kann, viel über die Vergangenheit des Planeten zu erfahren.

Doch auch für Einsätze auf der Erde soll der ausgereifte Skorpion nützlich sein. Mit entsprechenden Sensoren ausgestattet, könnte er Erdbebenopfer in Trümmerhaufen aufspüren. Frank Kirchner will die Laufmaschine jetzt aber erst mal tauchtauglich machen und sie dann auf den Meeresboden schicken.

Dieser Roboter wäre dann wirklich in der Lage, abgesetzt zu werden im Meer an einer entsprechenden Stelle. Und dann über eine längere Zeit autonom Überwachungsaufgaben - also sensorische Überwachung, Wasserqualitäten, Temperaturen, eventuelle Verschmutzungen und solche Geschichten - auszuführen.
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