Ga naar hoofdinhoud

Wandelende tak doet zijn eerste stappen

Elastische gewrichten en de zes poten, die functioneren als bij een wandelende tak. (foto: Universität Bielefeld)

Een wetenschappelijk team van de universiteit Bielefeld (D) is erin geslaagd om een unieke robot te leren lopen. De eerste stappen zijn op film vastgelegd. Deze is te zien in een nieuwe bijdrage van ‘research_tv’ van de universiteit Bielefeld. De robot heet Hector. Een wandelende tak diende als voorbeeld voor de constructie.

Geïnspireerd op dat insect heeft Hector passief elastische gewrichten en een extreem licht uitwendig skelet. Wat hem uniek maakt, is dat hij is uitgerust met veel sensoren en functioneert met een biologisch, decentraal regelingsconcept, Walknet. Tot 2017 wordt de lopende robot uitgerust met extra vaardigheden in een groot project bij het Exzellenzcluster Kognitive Interaktionstechnologie (CITEC).

De wandelende robot werd gebouwd in de onderzoeksgroep ‘bio mechatronica’. Hector moet in de toekomst dienen als testplatform, waarmee biologen in samenwerking met robotspecialisten veronderstellingen over bewegingspatronen van insecten kunnen testen. Het samenvoegen van de vele sensordata speelt daar een belangrijke rol, zodat de robots noch autonomer dan tot nu toe kunnen lopen. Een andere kernvraag betreft de manier waarop robotsystemen met elastische aandrijvingen hun bewegingen optimaal kunnen coördineren.

Wandelende tak geïnspireerd door biologie

“De elasticiteit in de aandrijvingen van Hector is qua werking te vergelijken met de spiergroepen in biologische systemen”, zegt prof. dr. Axel Schneider. Hij geeft leiding aan de biomechanica groep en coördineert het CITEC-project samen met dr. Volker Dürr van de onderzoeksgroep Biocybernetic van de faculteit voor biologie. Schneider en zijn team hebben de elastische gewrichtenaandrijvingen zelf ontwikkeld. Door de elasticiteit van de aandrijvingen, geïnspireerd op de biologie, kan hij zich tijdens het lopen flexibel aan elke ondergrond aanpassen.

“De elasticiteit alleen is echter niet genoeg om Hector in een natuurlijke omgeving met hindernissen te laten lopen”, zegt Schneider. “De uitdaging was om een aansturing te ontwikkelen, die de bewegingen van zijn poten ook in moeilijke omstandigheden coördineert”. Ontwikkelaar en constructeur van de robot is de wetenschappelijk medewerker van Schneider, Jan Paskarbeit. Hij heeft een virtuele versie van Hector geprogrammeerd, om de experimentele vormen van de besturing te testen, zonder dat Hector kon beschadigen.

Coördinatie deelsystemen

“Om te zorgen dat de robot probleemloos loopt, moeten alle deelsystemen met elkaar communiceren. Anders zou het kunnen gebeuren, dat Hector op zeker moment teveel poten tegelijk in de lucht heeft, waardoor hij instabiel kan worden. Bovendien moeten de poten op botsingen met hindernissen kunnen reageren”, zegt Paskarbeit. “Daarvoor hebben we een reflex vormig gedrag geïmplementeerd om over objecten te kunnen klimmen”.

Bij het Exzellenzcluster CITEC zijn acht onderzoeksgroepen een samenwerking aangegaan, om gedurende drie jaar in een groot project aan de optimalisering van Hector te werken. De wetenschappers komen uit de disciplines informatica, biologie, fysica en ingenieurswetenschap. Momenteel werken de onderzoekers er onder andere aan om het voorste gedeelte van Hector te voorzien van afstandssensoren. Een prototype, met twee camera’s aan de zijkant en twee tastvoelers bestaat al.

Zien en voelen als een insect

Zowel het zichtsysteem als de voelers zijn afgekeken van insecten. Het werkgebied en resolutie lijken sterk op dat van hun dierlijke voorbeelden. “Het wordt nu een grote uitdaging om deze afstandssensoren efficiënt te integreren in de sensoren voor de lichaamshouding en gewrichten regeling. Voor deze integratie vormt Hector het ideale onderzoekplatform”, zegt Volker Dürr.

Prof. Dr. Axel Schneider, Jan Paskarbeit und Prof. Dr. Volker Dürr (von links) deden onderzoek. (foto: Universität Bielefeld)
Prof. Dr. Axel Schneider, Jan Paskarbeit und Prof. Dr. Volker Dürr (von links) deden onderzoek. (foto: Universität Bielefeld)

Het onderzoek aan Hector vloeit voort uit de serie vroegere onderzoeksprojecten. In het CITEC-project ‘Mulero’ en in het project ‘ELAN’ werden de functiedelen van Hector vervaardigd. ‘ELAN’ werd gefinancierd door het ministerie van onderwijs en onderzoek.

In het EU project ‘Emicab’ houden de teams van Axel Schneider en Volker Dürr samen met nog drie Europese onderzoeksteams zich bezig met de intelligente bewegingsbesturing van insecten en robots. Dürr en zijn team beoordelen daarvoor bewegingspatronen van de wandelende tak, om de mechanismen voor de regeling in het zenuwsysteem van het dier te begrijpen en om te zetten in computermodellen.

Een andere stap voor de bouw van de robot was het ontwerp en de productie van het lijf van de robot. Er werd een groen wit design model ontwikkeld in samenwerking met de Folkwang Universität der Künste in Essen (D) en ingenieurs van het Leibniz-Institut für Polymerforschung in Dresden (D). De behuizing van de robot is nu zwart, omdat het werd gemaakt van koolvezel versterkte kunststof (CFK) teneinde gewicht te besparen.

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven