Georganiseerde chaos laat robot bewegen

Zelfs de eenvoudigste insecten kunnen met hun zes benen de meest uiteenlopende soorten bewegingen uitvoeren. Afhankelijk van het feit of het dier zich langzaam of snel voortbeweegt gebruikt hij verschillende typen bewegingen. Wetenschappers aan de Albert Ludwigs Universität in Freiburg hebben een autonome lopende robot ontwikkeld die door 'chaoscontrole' verschillende soorten loopbewegingen kan maken, afhankelijk van de situatie.

Periodieke bewegingen zoals lopen of ademen worden door mensen en dieren aangestuurd door kleine neuronale eenheden, de zogeheten 'central pattern generators' (CPG). Van dit principe hebben de onderzoekers gebruik gemaakt bij de ontwikkeling van lopende robots.

Tot nu toe was voor elk manier van lopen een eigen CPG in de robot verantwoordelijk. Hij krijgt van verschillende sensoren informatie over zijn omgeving, bijvoorbeeld of hij voor een obstakel staat of tegen een helling op loopt. Aan de hand van deze informatie kiest hij dan de CPG die voor de betreffende situatie een passende manier van lopen aanstuurt.

Eén CPG

Het bijzondere aan deze robot is, dat hij voldoende heeft aan één enkele CPG, die heel uiteenlopende manieren van voortbewegen kan aansturen en daar flexibel tussen heer en weer kan schakelen. Deze CPG bestaat uit een nietig netwerkje van eenvoudige schakelelementen, vergelijkbaar met twee neuronale eenheden. Het geheim van zijn manier van functioneren ligt in de zogeheten 'chaoscontrole'.

Zonder controle produceert het netwerk een chaotisch patroon van activiteiten. Dit laat zich echter gemakkelijk omzetten in een periodiek patroon dat de voortbeweging bepaalt. Afhankelijk van het ingangssignaal van de sensoren kunnen daarbij uiteenlopende patronen en dus uiteenlopende manieren van bewegen worden opgewekt.

Programmering

De combinatie van sensoren en CPG kan hetzij naar goeddunken worden voorgeprogrammeerd, hetzij door de robot uit ervaring worden geleerd. In de toekomst moet de robot worden voorzien van een dermate geheugencapaciteit dat hij de beweging ook tot een goed einde brengt als hij geen ingangssignaal meer krijgt van sensoren. Wanneer de robot wordt voorzien van een motorisch geheugen, zal hij zijn bewegingen met vooruitziende blik kunnen voorbereiden.

Het interdisciplinaire onderzoek werd uitgevoerd in samenwerking met wetenschappers aan het Nationales Bernstein Netzwerk Computational Neuroscience aan de Georg-August Universität en het Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation, beide in Göttingen. Op de website van het netwerk ziet u een aantal filmpjes waarop verschillende typen bewegingen door de robot worden uitgevoerd.

• website van de Albert Ludwigs Universität