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Vierbeiniger Laufroboter für den Mars
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung des Deutsches Forschungszentrum für Künstliche
Intelligenz
astronews.com
3. August 2018
Im Rahmen einer Forschungsinitiative wird derzeit ein
Schwarm von Robotern entwickelt, der relativ selbstständig das Valles Marineris
auf dem Mars erkunden können soll. Ein Teilprojekt davon wurde gerade
erfolgreich abgeschlossen: Ergebnis ist der vierbeinige Laufroboter Charlie, der
einige bemerkenswerte Eigenschaften besitzt.
Der DFKI-Laufroboter "Charlie" und der Rover
der TU München als Schwarmteilnehmer.
Bild: DFKI GmbH, Tobias Stark [Großansicht] |
Die Entwicklung eines heterogenen, autonomen Roboterschwarms zur Erforschung
des Valles Marineris auf dem Mars steht im Mittelpunkt der Forschungsinitiative
VaMEx (Valles Marineris Explorer) des DLR Raumfahrtmanagements. In dem nun als
Teilprojekt dieser Initiative abgeschlossenen Verbundvorhaben VIPE entwickelte
der von Prof. Dr. Frank Kirchner geleitete Forschungsbereich Robotics Innovation
Center des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) eine
den Schwarm ergänzende hominide Roboterplattform weiter, die sich kletternd über
Felsen und steile Hänge hinwegbewegen kann.
Der bis zu sieben Kilometer tiefe Grabenbruch des Valles Marineris – das
größte Grabenbruchsystem unseres Sonnensystems – ist für die Wissenschaft von
großem Interesse. Aufgrund von Hinweisen auf Wasservorkommen, früherer
vulkanischer Aktivität und der Abschattung von UV-Strahlung erfüllt er die
Voraussetzung für die Existenz außerirdischen Lebens. Berge, Schluchten und
Höhlen machen das Gebiet jedoch zu einem für die Exploration extrem komplexen
Terrain. In der ersten Projektphase von VaMEx wurden zu dessen Erkundung Rover
und flugfähige Vehikel als sich komplementär ergänzende Schwarmteilnehmer
entwickelt, die eine effiziente Wegfindung und den Aufbau von Übersichtskarten
ermöglichen.
Für eine umfangreiche Erforschung des Valles Marineris fehlte es bisher
jedoch an einer Roboterplattform, die sich auch innerhalb der zerklüfteten
Felsformationen fortbewegen sowie in Höhlen und Felsspalten vordringen und
navigieren kann. Diese verbleibende Lücke im Schwarm schließt der vierbeinige
hominide DFKI-Laufroboter "Charlie", der in VIPE weiterentwickelt wurde. Die
Kooperationspartner vom Lehrstuhl für Medientechnik der Technischen Universität
München und der NavVis GmbH erarbeiteten im Projekt innovative Ansätze der
vollautonomen Positionierung und Kartierung, die Charlie eine besonders
driftarme Positionsbestimmung auch unter komplexen Bedingungen ermöglichen. Die
Forscher des Robotics Innovation Center entwickelten zudem eine übergeordnete
Netzwerkintelligenz, die je nach Terrain und Systemfähigkeiten entscheidet,
welcher Roboter aus dem Schwarm zum Einsatz kommt.
Aufgrund seiner leichten und hochintegrierten Bauweise, seiner Agilität und
der taktilen Sensorik, welche die Bodenbedingungen erfassen, ist der
DFKI-Roboter ideal für schwieriges Gelände geeignet. Die auf den Sensordaten
basierende reaktive Bewegungssteuerung wurde in VIPE um weitere Verhaltensmodule
erweitert, so dass sich Charlie auch über unebenen Untergrund sicher fortbewegen
und Hindernisse überwinden kann. Dafür entwickelten die Wissenschaftler einen
adaptiven "Footplacement"-Algorithmus, durch den sich mithilfe einer lokalen
Karte für jedes Bein ein optimaler Fußkontaktpunkt finden lässt.
Die eigentlich reaktive Laufsteuerung des Roboters wurde um eine planende
Ebene ergänzt, die es erlaubt, Wertänderungen in Echtzeit auf das jeweilige
Laufmuster der einzelnen Beine zu schreiben. Dies erweitert die Mobilität des
Roboters insofern, dass er bei Unebenheiten oder vor Hindernissen nicht anhalten
muss, um die nächsten Schritte zu planen. Selbst wenn sich der Untergrund nicht
wie erwartet verhält – etwa wenn ein Hindernis, bei dem ein Fußkontakt in den
Schrittzyklus eingeplant wurde, widererwarten nachgibt – ist der Roboter dank
der permanent aktiven reaktiven Kontrollebene in der Lage, seine Bewegung stabil
fortzusetzen.
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