Lernen Sie Morphobot kennen: Suche und Rettung mit wiederverwendbaren Gliedmaßen neu gedacht

Aug 12, 2023

Eric Sihite et al.

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Wenn Ihnen das Wort „Morphobot“ in den Sinn kommt, ist es keine Überraschung, wenn Ihre Gedanken sofort in die fesselnde Welt der Transformers wandern. Schließlich gibt es in diesem ikonischen Universum eine bemerkenswerte Gruppe von Roboterwesen, die sich in verschiedene Formen verwandeln und nahtlos zwischen Fahrzeugen, Objekten oder sogar Lebewesen wechseln können.

In einer neuen Entwicklung, die in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde, ist jedoch ein realer Roboter mit dem Spitznamen „Morphobot“ (M4) aufgetaucht. Laut seinen Forschern kann der Roboter verschiedene Terrains an Land und in der Luft durchqueren, indem er seine Gliedmaßen geschickt zwischen Rädern, Propellern, Beinen und Händen umwandelt.

Dieser bemerkenswerte Roboter ist von Tieren wie Vögeln, Erdmännchen und Robben inspiriert und zeigt eine beeindruckende Vielfalt an Bewegungen. Es kann mühelos fliegen, rollen, kriechen, sich ducken, balancieren und sogar taumeln und ist so in der Lage, sich an verschiedene Umgebungen anzupassen und darin zu navigieren.

Die Erkenntnisse könnten das Design von Robotern verbessern, die bei kritischen Aufgaben wie Such- und Rettungseinsätzen nach Naturkatastrophen, Weltraumforschungsmissionen und automatisierten Paketzustellungssystemen eingesetzt werden.

Bestimmte Tiere zeigen eine bemerkenswerte Anpassungsfähigkeit, indem sie ihre Gliedmaßen für die Durchquerung verschiedener Geländearten verwenden. Seelöwen nutzen Flossen, um an Land zu gehen, Erdmännchen stellen sich zur besseren Beobachtung auf ihre Hinterbeine und Chukar-Vögel nutzen ihre Flügel, um beim Klettern an steilen Hängen zu helfen.

Inspiriert von diesem Naturphänomen entwarfen Alireza Ramezani und Kollegen M4, einen Roboter mit vier Beinen, die jeweils über zwei Gelenke und an den Beinenden befestigte Kanalventilatoren verfügen.

Mit einem Gewicht von 6 Kilogramm und einer Länge von 70 Zentimetern sowie einer Höhe und Breite von 35 Zentimetern stellt der Roboter seine Vielseitigkeit durch sein einzigartiges Lüfterdesign unter Beweis. Diese Ventilatoren können nahtlos als Beine, Propellertriebwerke oder Räder dienen.

Laut einer Pressemitteilung kann der M4-Roboter über unwegsames Gelände gehen, steile Hänge überwinden und über große Hindernisse stürzen. Es demonstrierte auch seine Fähigkeit, in höhere Ebenen aufzusteigen, indem es flog und durch Kriechwege durch niedrige Decken manövrierte.

Solche Erkenntnisse verdeutlichen deutlich die Vorteile der Konstruktion von Robotern mit Mehrzweckanhängen. Durch die Ausstattung mit vielseitigen Fähigkeiten können sich Maschinen furchtlos in abwechslungsreiches und anspruchsvolles Gelände vorwagen und mühelos Hindernisse überwinden, die einst unüberwindbar schienen.

Wir müssen nur in die Zeit vor ein paar Tagen zurückblicken, als sich in den Tiefen des Atlantischen Ozeans eine spannende Geschichte abspielte. Ein Tiefsee-ROV (ferngesteuertes Fahrzeug) wagte sich ins Unbekannte, um das Geheimnis eines vermissten U-Bootes und das Schicksal der fünf Seelen an Bord zu lüften. Es machte eine entscheidende Entdeckung: Trümmer.

Letztlich sind es Entwicklungen wie diese, die die Grenzen dessen sprengen, was Roboter in komplexen Umgebungen leisten können, und eine neue Ära der Erkundung und Problemlösung einläuten.

Die vollständige Studie wurde am 27. Juni in Nature Communications veröffentlicht und ist hier zu finden.

Studienzusammenfassung:

Roboterdesigns können viele Inspirationen aus der Natur ziehen, wo es viele Beispiele für äußerst belastbare und fehlertolerante Fortbewegungsstrategien gibt, um durch die Rekrutierung multifunktionaler Gliedmaßen durch komplexes Gelände zu navigieren. Beispielsweise können Vögel wie Chukars und Hoatzins ihre Flügel zum Vierbeinergehen und zum flügelgestützten Steigungslauf umfunktionieren. Diese Tiere zeigen eine beeindruckende Geschicklichkeit darin, dieselben Gliedmaßen auf unterschiedliche Weise zu nutzen und mehrere Fortbewegungsarten zu erzeugen, was zu äußerst plastischen Fortbewegungsmerkmalen führt, die es ihnen ermöglichen, in verschiedenen Umgebungen zu interagieren und zu navigieren und ihren Lebensraumbereich zu erweitern. Die robotergestützte Biomimikry der Wiederverwendung tierischer Gliedmaßen kann mobile Roboter mit beispiellosen Fähigkeiten hervorbringen. Inspiriert von Tieren haben wir einen Roboter entworfen, der in der Lage ist, unstrukturierte Umgebungen mit mehreren Substraten, einschließlich Land und Luft, zu bewältigen, indem er seine Komponenten auf unterschiedliche Weise als Räder, Triebwerke und Beine einsetzt. Dieser Roboter wird Multi-Modal Mobility Morphobot oder kurz M4 genannt. M4 kann seine multifunktionalen Komponenten, die aus mehreren Aktuatortypen bestehen, zum (1) Fliegen, (2) Rollen, (3) Kriechen, (4) Hocken, (5) Balancieren, (6) Taumeln, (7) Erkunden und (8) einsetzen ) lok- manipulieren. M4 kann steile Hänge von bis zu 45 Grad überqueren. und unwegsames Gelände mit großen Hindernissen im Balanciermodus. M4 verfügt über Bordcomputer und Sensoren und kann seine Modi autonom nutzen, um eine unstrukturierte Umgebung zu bewältigen. Wir präsentieren das Design von M4 und mehrere Experimente, die seine multimodalen Fähigkeiten demonstrieren.