Weltklasse-Schlangenrobotik aus Skandinavien

Gepostet von: Åse Dragland

„Wir stoßen ständig auf Herausforderungen und experimentieren mit verschiedenen Techniken.“

Erik Kyrkjebøsenkt die Hände und schaut nach unten. Auf dem Boden vor uns liegen Aiko, Anna Konda, PiKo und Kulko.

„Unsere Hoffnung ist, dass wir sie darin trainieren können, Informationen zu empfangen, zu verarbeiten, zu nutzen und ein für alle Mal zu lernen. So weit sind wir noch nicht gekommen“, sagt Kyrkjebø.

Anna Konda liegt in einem Haufen von Rot und Weiß. Direkt neben ihr glänzt Aikos polierter Schädel: Der sieben Kilo schwere Schlingel kann sich heute nicht einmal die Mühe machen, den Kopf zu heben. PiKo ist teilweise in einer Ecke versteckt. Sie sehen alle unschuldig genug aus, da sie vollkommen still liegen. Und sie hören definitiv nicht auf das, was wir sagen.

Weltklasse-Schlangenrobotik



Japan hat seinen Guru, und die USA haben ein erstklassiges Milieu. Aber abgesehen von diesen beiden Ländern, NTNU undSINTEFin Norwegen sind in der Schlangenrobotik weltweit weit fortgeschritten.

„Mehr als 20 Mitarbeiter arbeiten in der Robotik, was bei SINTEF ICT ein besonderer Bereich ist“, sagt Kyrkjebøs KollegeIngrid Schølberg.

„Die norwegische Industrie liegt erschreckend weit hinter anderen Ländern zurück. Schweden bemüht sich doppelt so viel um die automatische Kontrolle wie wir. Länder wie Indien und China haben mit der Robotisierung begonnen. Wir müssen für die Roboterwissenschaft rekrutieren und sicherstellen, dass der Industrie, die dem Wettbewerb ausgesetzt ist, Hilfe zur Verfügung gestellt wird“, sagt Schølberg.

Kyrkjebø fügt hinzu: „Die Schlangenroboter bieten uns spezielles Know-how für Motorsysteme und die Integration von mechanischen und elektrischen Einheiten. Unser Ziel ist es, Kernkompetenzen zu entwickeln und eine Plattform mit Steuerungssystemen zu schaffen, die in verschiedenen praktischen Anwendungen eingesetzt werden können.“

Familie Mutter

Es begann mit Anna Konda. Die Nachricht über den Schlangenroboter von SINTEF, der Leben retten könnte, verbreitete sich im Frühjahr 2005 in den Medien wie ein Lauffeuer. Chinesische, amerikanische und brasilianische Zeitungen und Internet-Seiten schrieben über den norwegischen Roboter, der Treppen steigen, an Balken vorbeikommen und um Ecken schleichen konnte. immer, um bei Bränden oder Explosionen lebensrettende Missionen durchführen zu können.

Anna Konda hat 20 Hydraulikmotoren, die die Gelenke in ihrem 75 kg schweren Körper betätigen. Ebenso viele Ventile steuern den Fluss der Hydraulikflüssigkeit zu den Motoren. Jedes der Robotermodule enthält zwei Hydraulikzylinder und zwei Ventile. Die stählerne Außenverkleidung enthält zudem in zwei Achsen bewegliche Verkettungsmodule.

„Wir haben Anna Konda entwickelt, um das SnakeFighter-Konzept zu demonstrieren. Soweit wir wissen, ist sie der größte und stärkste Schlangenroboter der Welt sowie der erste jemals gebaute hydraulische Schlangenroboter“, sagt Erik Kyrkjebø stolz.

Die Idee der Wissenschaftler war, einen Feuerwehrschlauch mit einem hydraulischen System auszustatten. Die Stärke des starken Wasserflusses würde es dem Schlauch ermöglichen, sich von selbst zu bewegen. Sein Vorteil gegenüber einem Roboter mit Rädern oder Beinen wäre seine Robustheit und die Fähigkeit, schwierige Umgebungen zu durchdringen.

Nach fünf Jahren ist das Team noch immer nicht am Ziel, aber sie haben großes Vertrauen in das zugrunde liegende Konzept von Anna Konda.

Experimentieren

Die Trondheim-Roboter ähneln großen Steuerungssystemen und beziehen ihre Energie aus Kabeln oder Batterien. Das große System steuert die Gesamtbewegungen des Roboters, während mehrere kleine Systeme seine einzelnen Gelenke steuern. Jedes Gelenk enthält einen kleinen Elektromotor und eine Leiterplatte, die Informationen aus der Außenwelt liest. Die Gelenke sind miteinander verbunden und jedes Modul kann mit den anderen kommunizieren.

In den vier Jahren seit 2005 sind aus diesem einzigen Schlangenroboter drei oder vier geworden. Die Familie ist gewachsen, weil die Roboterwissenschaftler mehr Wissen brauchten, das auf das ursprüngliche Modell zurück übertragen werden konnte. Aiko kam, um herauszufinden, welche Elektronik Anna Konda brauchte und um Experimente leichter durchführen zu können. Für sieben Kilo ist es einfacher, Strom zu liefern als für 75. Aiko diente lange Zeit als Plattform, um die mathematischen Gleichungen vom großen Gerät zu testen, bis das kleinere System richtig funktionierte, aber schließlich waren die Grenzen des Lernens erreicht. Nun ist Kulko angekommen und wird als Plattform für die Umsetzung fungieren.

„Kulko ist nicht ganz so dumm wie die anderen“, wie Erik Kyrkjebø es ausdrückt, was bedeutet, dass dieser Roboter mit Kraftsensoren ausgestattet ist, die alle Kontakte mit seiner Umgebung messen.

Kletterroboter

PiKo ist der Roboter, der den Wissenschaftlern am meisten über vertikale Bewegungen beigebracht hat. Er klettert an Rohren hoch und kann sich in senkrechter Position an einer Rohrwand hochschieben. Die Kybernetik-Experten haben an seinem Antrieb gearbeitet, Optik-Forscher haben dem kleinen Roboter „Visionen“ gegeben.

PiKo unterscheidet sich von den anderen Mitgliedern der Schlangenfamilie dadurch, dass er sich auf Rädern fortbewegt, obwohl er wie seine Geschwister gelenkig ist.

„Diese Schlangenroboter haben uns dazu gebracht, Gelenkmechanismen gut zu kontrollieren“, sagt Kyrkjebø, „aber wir brauchen auch Experten, die uns beim Sehen helfen können, weshalb wir mit Experten der Abteilung für optische Messung und Datenanalyse zusammenarbeiten, und Hilfe von ihnen bekommen.'

PiKo ist darauf ausgelegt, Lüftungsanlagen zu reinigen und Leckagen in Rohrleitungen mit einem Durchmesser von nur 20 cm sowohl vertikal als auch an Abzweigungen zu überprüfen.“ Bislang ist es den Wissenschaftlern gelungen, ein Antriebssystem zu entwickeln. Eine 3D-Kamera in Kombination mit einer Karte und Positionserkennung ermöglicht es, die Karte mit dem Sehen abzugleichen, um zu sehen, ob sie auf dem richtigen Weg ist.

Lernen

Zwischen einem Roboter und einem intelligenten Roboter liegt eine große Distanz. Zum Beispiel einen Gegenstand zu greifen, ist für den Menschen eine einfache Aufgabe. Schwieriger ist es, eine solche Aufgabe zu programmieren und auf einen Roboter zu übertragen.

„Ein Roboter braucht sechs Bewegungsfreiheitsgrade“, skizziert Kyrkjebø: Sich nach oben oder unten bewegen; links oder rechts; vorwärts oder rückwärts; Kippen nach vorne oder hinten; Links oder rechts abbiegen; Seitlich kippen

„Wenn wir zum Beispiel einen Türgriff greifen, müssen wir unsere Hand drehen und drehen können.“

'Wie schaffen Sie das?'

„Nun, wir müssen den Roboter über seine Kamera und Sensoren mit visuellen Informationen versorgen.“

Der Roboter muss die visuellen Eindrücke, die er in der Gegenwart einfängt, mit seinen Bildern und Erinnerungen in seiner „Erfahrungsbasis“ vergleichen; eine kleine Datenbank im Kopf, die Speicher, Entscheidungsschaltkreise und die Interpretation von Sensordaten beherbergt. Dies kann eine Aktion sein, für die der Roboter trainiert wurde, eine Karte oder Bilder von Linien und geometrischen Figuren, die die Wissenschaftler in die Datenbank eingegeben haben.

In der Datenbank werden Bilder zu einer Aktion verbunden. Wenn der Roboter prüft, ob er ein bestimmtes Bild schon einmal gesehen hat und die Antwort positiv ist, wird sofort die entsprechende Aktion ausgeführt.

„Das ist vergleichbar mit dem, was passiert, wenn wir Menschen eine Tür sehen“, sagt Kyrkjebø. „Aus eigener Erfahrung wissen wir, dass wir den Griff drehen sollten. Auch wenn Türen unterschiedlich aussehen und der Griff hoch oder niedrig sein kann, wissen wir, dass die gleiche Art von Aktion ausgeführt werden muss. Vielleicht müssen wir beim ersten Mal eine Drehtür ausprobieren, aber nach einem kurzen Lernprozess geht auch das gut. So sollte das Lernen auch bei Robotern stattfinden.“

„Natürlich sind wir die Lehrer der Roboter, und im Großen und Ganzen tun sie, was WIR ihnen sagen. Aber es ist wie bei Kindern: Allein durch das Zusammensein lernt man viel!“ schließt Kyrkjebø.

Illustrationen von Geir Mogen:

Ausgewähltes Bild: Ingrid Schølberg und Erik Kyrkjebø von SINTEF ICT glauben, dass Robotsnakes ihrer Gruppe besondere Expertise in motorischen Systemen und in der Integration mechanischer und elektrischer Systeme eingebracht haben.
Bild 2: Mit vier Jahren hat Aiko mathematische Gleichungen getestet.
Bild 3: Anna Konda (5 Jahre alt) ist die Mutter der Familie
Bild 4: Der zweijährige Piko klettert senkrechte Rohre hoch.

Åse Dragland ist Redakteurin des Magazins GEMINI und seit 20 Jahren Wissenschaftsjournalistin. Sie wurde an den Universitäten in Tromsø und Trondheim ausgebildet, wo sie nordische Literatur, Pädagogik und Sozialwissenschaften studierte.