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Erde|Umwelt

Was Roboter von Vögeln lernen können

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Ein Truthahn rennt über ein Hindernis (Oregon State University)
Das zweibeinige Laufen ist die Königsdisziplin der Fortbewegung. Sie erfordert eine gute Balance und ein flexibles Reagieren auf jede Veränderung. Kein Wunder, dass Menschenkinder ungefähr ein Jahr brauchen, bis sie alleine Laufen können. Roboter zu konstruieren, die den zweibeinigen Gang beherrschen, erweist sich als relativ schwierig: Bisher kommen die wenigen erfolgreichen Beispiele eher schwerfällig daher. Um eine bessere Lösung zu finden, haben sich Forscher nun die Erfolgsgeheimnisse von ganz anderen zweibeinig laufenden Lebewesen näher angeschaut: von Vögeln. Und tatsächlich fanden sie dabei durchaus wertvolle Anregungen, wie Roboter weniger werden könnten.

Schon vor mehr als 200 Millionen Jahren rannten die frühen Vorfahren heutiger Vögel behände auf ihren Hinterbeinen durch die Landschaft. Dinosaurier wie Velociraptor oder auch der gewaltige Tyrannosaurus rex waren auf ihre Schnelligkeit und ihr Laufvermögen angewiesen, wenn sie flüchtende Beute jagten. Beim Laufen schafften sie es nicht nur, Hindernissen auszuweichen oder sie zu überspringen, sie behielten auch in Kurven die Balance und bewegten sich zudem noch relativ energieeffizient. Ähnliches gilt noch heute für ihre Nachfolger, die Vögel. Nicht nur die ausgesprochenen Laufvögel wie Strauß, Emu oder Kiwi sind begabte Läufer, auch viele flugfähige Arten bewegen sich erstaunlich flink auf ihren Beinen am Boden umher. „Vögel könnten sogar in Bezug auf ihre Geschwindigkeit und Wendigkeit die besten unter den zweibeinigen Läufern sein“, sagt Studienleiter Jonathan Hurst von der Oregon State University in Corvallis.

Gleiche Strategie bei klein und groß

Um dem Geheimnis des so erfolgreichen und effizienten Vogellaufs auf die Spur zu kommen, analysierten Hurst und seine Kollegen den Bewegungsablauf von fünf Vogelarten: dem Strauß, Truthahn, Fasan, Perlhuhn und der Virginiawachtel. Immerhin war dabei das größte Tier, der Strauß,  rund 500-fach schwerer als die kleine Wachtel. Die Forscher ließen die Vögel über ein kleines Hindernis laufen und filmten ihre Bewegung dabei mit Hochgeschwindigkeitskameras. Das Hindernis war gerade so hoch, dass die Vögel es mit einem Schritt oder Sprung überwinden konnten, dabei aber ihre Laufweise anpassen mussten. Die Kraft, mit der sich die Vögel beim Laufen vom Boden abstießen, ermittelten die Forscher mit Hilfe von auf dem Boden liegenden Drucksensor-Platten.

Zu ihrer Überraschung stellten die Forscher fest, dass alle Vögel – trotz ihrer gewaltigen Größenunterschiede – im Prinzip die gleichen Strategie nutzten, um das Hindernis zu überwinden: Sie sprangen unmittelbar vor der Hürde mit einem Bein ab und streckten das andere im Flug so weit vor, dass es genau auf dem Hinderniskasten aufsetzte. Oben angelangt, duckten sie sich leicht, so dass ihr Körper trotz der höheren Standposition fast auf gleicher Höhe wie vorher blieb. Nach dem Absteigen vom Hindernis nahmen sie am Boden wieder die Grundhaltung mit etwas stärker gestreckten Beinen ein.

Stabilität ist relativ

Und noch etwas zeigte sich: Die Vögel hielten ihren Körper dabei weit weniger stabil als die Forscher angenommen hatten. Stattdessen haben sie offenbar eine etwas andere Definition der Stabilität als wir Menschen, wie die Wissenschaftler erklären: Sie lassen ihren Körper relativ stark schwanken und gleichen Geländeunebenheiten vor allem durch die Geschwindigkeit der Beinbewegungen aus. „Den Tieren ist es egal, ob sie beim Laufen etwas schwanken oder nicht sonderlich stabil aussehen“, sagt Hurst. „Ihr Ziel ist es, Kraftanstrengung zu minimieren, das Fallen zu vermeiden und so sicher und effizient wie möglich zum Ziel zu kommen.“

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Nach Ansicht der Forscher könnte diese nicht immer schöne, aber effektive Lauftechnik auch dabei helfen, effizientere zweibeinige Roboter zu bauen. Bei deren Konstruktion liegt der Schwerpunkt bisher darauf, die mobilen Maschinen möglichst stabil zu machen und ihren Rumpf so nahe wie möglich an der Senkrechten zu halten. Das jedoch macht ihren Gang oft sehr energieaufwändig und begrenzt auch ihre Beweglichkeit, wie die Wissenschaftler erklären. Ihrer Meinung nach könnten die Roboter daher einiges von den Vögeln lernen. „Damit zweibeinige Roboter der robusten, wendigen und ökonomischen Fortbewegung von Tieren näherkommen, müssen wir bei ihrer Kontrolle eine entspanntere Vorstellung von Stabilität bekommen“, so Hurst und seine Kollegen. „Dann könnten die Roboter der Zukunft deutlich weniger roboterhaft wirken und sich stattdessen fließender und natürlicher bewegen.“

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Quelle:

© wissenschaft.de – Nadja Podbregar
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