Roboter nach Fledermaus-Vorbild - wissenschaft.de
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Roboter nach Fledermaus-Vorbild

Dieser Roboter sieht zwar nicht aus wie eine Fledermaus - navigiert aber wie eine. (Foto: Eliakim et al.)

Fledermäuse und auch einige andere Tiere nutzen die Echoortung, um sich in ihrer Umgebung zu orientieren. Forscher haben nun einen Roboter konstruiert, der dasselbe Prinzip nutzt: Ihre „Robo-Fledermaus“ kann Ultraschallwellen aussenden, empfangen und wie das biologische Vorbild auswerten. Auf diese Weise ist sie dazu in der Lage, sich selbständig und unfallfrei durch unbekanntes Terrain zu bewegen.

Damit sie in dunkelster Nacht sicher navigieren und Beute aufspüren können, sind Fledermäuse mit einem besonderen Ortungssystem ausgestattet: dem Echolot. Die Tiere stoßen Ultraschallwellen aus, die von Objekten reflektiert werden – die Auswertung dieser Echos liefert ihnen dann ein detailliertes Bild von ihrer nächtlichen Umgebung. Damit sind die Fledermäuse nicht nur dazu in der Lage, Gegenstände und potenzielle Nahrung zu lokalisieren. Sie können diese auch klassifizieren. Das heißt: Sie erkennen zum Beispiel, ob vor ihnen ein größerer Vogel oder ein kleines Insekt fliegt. Wissenschaftler um Itamar Eliakim von der Universität Tel Aviv haben sich dieses clevere Patent aus dem Tierreich nun zum Vorbild genommen: Sie konstruierten einen Roboter, der sich wie eine Fledermaus in seiner Umwelt orientiert.

Navigation mithilfe von Schall

Ihre „Robo-Fledermaus“ rollt zwar über den Boden anstatt durch die Lüfte zu flattern. Wie das Original besitzt sie jedoch einen Mund, der Schallwellen ausstößt, und zwei Ohren, die den zurückgeworfenen Schall aufnehmen. Konkret handelt es sich dabei um einen Ultraschall-Lautsprecher und zwei Ultraschall-Mikrofone. Was diese Mikrofone aufnehmen, wertet der Roboter mithilfe eines Algorithmus aus. Auf diese Weise erstellt er nach und nach eine Karte von der Umgebung, durch die er sich bewegt. Dank eines neuronalen Netzwerks kann er die Gegenstände um ihn herum dabei wie eine echte Fledermaus unterschiedlichen Kategorien zuordnen: Die Forscher trainierten ihn bereits darauf, zwischen Pflanzen und Nicht-Pflanzen zu differenzieren.

Wie gut würde sich die Roboter-Fledermaus in einer ihr unbekannten Umgebung zurechtfinden? Dies testeten Eliakim und seine Kollegen in zwei Gewächshäusern im botanischen Garten der Universität. Dort sollte sich das Gefährt einen Weg vorbei an einer Vielzahl von Hindernissen bahnen. Die Testdurchläufe zeigten: Tatsächlich schaffte es der Roboter, selbständig und unfallfrei durch die Gewächshäuser zu navigieren. Dabei erkannte er Sackgassen und in vielen Fällen auch, ob ein Objekt wirklich ein unüberwindbares Hindernis darstellte oder nicht – handelte es sich um so etwas wie eine Wand oder um eine Pflanze, durch die er möglicherweise hindurchfahren konnte? Seine Treffsicherheit bei der Klassifizierung lag bei 68 Prozent – und damit signifikant über der Zufallsquote, wie das Team berichtet.

„Großes Potenzial für die Robotik“

„Unseres Wissens nach ist die Robo-Fledermaus der erste voll autonome, fledermausartige Roboter, der dem biologischen Vorbild wirklich nahekommt und seine Umgebung ausschließlich auf Basis von Echoinformationen analysiert“, konstatiert Eliakim. „Damit zeigen wir, dass wir mit einem vergleichsweise simplen Ansatz autonome Bewegungen und die Kartierung neuer Umgebungen ermöglichen können. Dies belegt, dass die Echoortung großes Potenzial für den Einsatz in zukünftigen robotischen Anwendungen hat.“

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Quelle: Itamar Eliakim (Universität Tel Aviv, Israel) et al., PLOS Computational Biology, doi: 10.1371/journal.pcbi.1006406

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Fi|li|al|ge|ne|ra|ti|on  〈f. 20; Biol.〉 Nachkommen aus einer Bastardkreuzung; Sy Tochtergeneration ... mehr

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gleich|ge|sinnt  auch:  gleich ge|sinnt  〈Adj.〉 in der Gesinnung übereinstimmend ... mehr

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