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Gadgets & Lifestyle

Mein Helfer, der Roboter: Mit der Natur als Vorbild zu besseren Robotern

Das Schlaraffenland für Entwickler sind doch Roboter: Mechanik, Elektronik und Programmierung kommen hier zusammen. Doch allein das Folgen einer schwarzen Linie wird mit der Zeit langweilig, und auch die Abstandserkennung mit Ultraschall ist längst nichts Neues mehr. Das Zauberwort heißt Bionik, oder auf Deutsch: von der Natur lernen.

Inzwischen gibt es eindrucksvolle Beispiele von Bionik-Robotern, die sich Verhaltensweisen aus der Natur zunutze machen, um damit zum Beispiel Fahrzeugteile besser zusammenzubauen oder in Katastrophengebieten zu helfen. Auch für Maker sind Bionik-Roboter ein interessantes Tätigkeitsfeld und es gibt gute Bausätze, die mit wenig Aufwand erstaunliche Ergebnisse ermöglichen und richtig Spaß machen.

Bereits Leonardo da Vinci lernte von der Natur und hatte die Idee, den Flug von Vögeln auf Flugmaschinen zu übertragen. Albrecht Ludwig Berblinger, der berühmte Schneider von Ulm, beobachtete Eulen, um wiederum seinen Flugapparat zu verbessern – wenn auch nicht mit gewünschtem Ergebnis. Was da Vinci schon 1505 machte, ist auch heute noch von immenser Bedeutung, nur diesmal für den Bau von Robotern. Es geht um die genaue Beobachtung der Natur und deren Übertragung auf die Technik - genannt Bionik. In der Anthropobionik, einem Teilbereich der Bionik, werden tierische Bewegungen studiert, um diese gezielt bei der Entwicklung von Robotern anzuwenden.

Ob Känguru oder Echse – es gibt einiges zu Lernen aus der Natur

Das BionicKangaroo orientiert sich an seinem natürlichen Vorbild. (Grafik:  Festo)
Das BionicKangaroo orientiert sich an seinem natürlichen Vorbild. (Grafik: Festo)

Ein eindrucksvolles Beispiel für einen Bionik-Roboter ist der Känguru-Roboter mit dem Namen BionicKängaroo von Festo. Kängurus gewinnen durch das Springen Energie, die von der Achillessehne gespeichert wird und beim nächsten Sprung genutzt werden kann. Auch das Festo-Känguru kann aus Sprüngen Energie gewinnen, eine Gummifeder dient als künstliche Achillessehne. Auch wenn der Känguru-Roboter wie Spielzeug aussieht, die Technologie wird bereits in der Automobilbranche für den Zusammenbau von Fahrzeugteilen eingesetzt. Nicht so eindrucksvoll, aber wichtig für die Roboterentwicklung: Der pneumatische Muskel. Einst 1958 entwickelt von Richard Gaylord und inspiriert vom biologischen Muskel, wird dieser heute von Festo in einem Roboterarm mit insgesamt 30 dieser Muskeln eingesetzt. Der Sandfish-Roboter vom Georgia Institue of Technology könnte einmal Leben retten: Der Roboter imitiert Bewegungen einer bestimmten Eidechsenart (Scinus scinus) und schwimmt wie ein Fisch durch den Wüstensand. Die Idee dahinter: Der Roboter könnte bei vollständiger Ausbaustufe nach einem Erdbeben zur Bergung von verschütteten Menschen eingesetzt werden. Inzwischen beschäftigen sich einige Ingenieure auch mit dem Thema Schwarmverhalten, damit Roboter als vernetztes Gesamtsystem gemeinsam komplexe Aufgaben lösen. Festo zeigte erst Ende April auf der Hannover Messe 2015 seine Ameisen, die über Funk miteinander kommunizieren und über etliche Sensoren ihre Umgebung wahrnehmen. Die Ameisen können zum Beispiel gemeinsam einen schweren Korpus bewegen, ein einzelner Ameisenroboter wäre dazu nicht in der Lage. Wer selbst Roboter mit Schwarmverhalten bauen möchte, der sollte sich das Open-Source-Projekt Formica ansehen.

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So wirst du selbst zur Roboter-Mutter oder zum Roboter-Vater

Um sich selbst ernsthaft mit dem Thema Robotik zu beschäftigen, gibt es drei Ansätze, die auch im heimischen Hobbyraum umsetzbar sind: einen fertigen Roboter kaufen, einen Roboter-Bausatz kaufen oder einen Roboter komplett selbst bauen. Fertige Roboter gibt es zuhauf, auch mit konkretem Einsatzzweck, der weit über Spielerei hinausgeht. Sei es der Roboter zum Rasenmähen oder auch zur autonomen Reinigung der Wohnung – die darüber hinaus vielen sinnvollen Einsatzzwecke in der Industrie wurden hier einmal ausgeblendet.

Ein guter Einstieg in die Roboter-Welt: Der iRobot Create 2. (Foto: iRobot)
Ein guter Einstieg in die Roboter-Welt: Der iRobot Create 2. (Foto: iRobot)

Eine gute Mischung aus Bausatz und fertigem Roboter ist der iRobot Create 2 von Roomba – der Hersteller ist spezialisiert auf zum Beispiel Staubsauger- und Militärroboter. Für die Ausbildung zukünftiger Roboter-Ingenieure steht mit dem iRobot Create 2 eine fertige und auch günstige Roboter-Basis zum Programmieren und Hacken bereit – der eigene Staubsaugerroboter ist damit möglich und nicht nur das. Statt der Staubsaugereinheit bietet der Roboter ausreichend Platz für die beliebte Mikrocontroller-Plattform Arduino oder den Raspberry Pi. Die optimale Plattform für Maker und jene, die es werden wollen.

Wem auch das Schrauben und Löten wichtig ist, sollte auf einen Selbstbauroboter setzen – wobei bei großen Robotern auch mit hohem Einsatz gerechnet werden muss – 100 Stunden sind da schnell vergangen. Auch wenn das Verfolgen einer schwarzen Linie mit der Zeit langweilig wird, solltest du trotzdem mit solchen Aufgaben anfangen, um mit den grundlegenden Techniken, wie Ansteuerung von Motoren und Auswertung von Sensoren, zurechtzukommen. Im Klartext: Der Spinnenroboter muss noch etwas warten. Beim Selbstbauroboter kannst du dich entscheiden, an welcher Stelle du den Schwerpunkt setzen willst. Wer mehr mit Programmierung zu tun haben möchte, sollte auf fertige Roboter-Chassis setzen und diese dann mit entsprechenden Sensoren ausstatten. Wer lieber in die Luft möchte, sollte sich auf erweiterbare Quadrocopter wie Crazyflie 2.0 oder Flyduino stürzen. Einsteiger sollten im ersten Schritt unbedingt am Boden bleiben und als programmierbares Gehirn entweder einen Arduino oder Raspberry Pi nutzen, denn hier ist die Unterstützung aus der Community am größten. Im Netz findest du etliche Anleitungen, um mit dem Roboterbau und der Programmierung zu starten, hier zum Beispiel ein Tutorial für einen Arduino-Roboter und hier ein ausführliches für einen Raspberry-Pi-Roboter.

Wer mit Robotern in der Luft einsteigen will, sollte sich den Crazyflie 2.0 ansehen. (Bild: Crazyflie)
Wer mit Robotern in der Luft einsteigen will, sollte sich den Crazyflie 2.0 ansehen. (Bild: Crazyflie)

Wer direkt in die Bionik einsteigen will, sollte auf einen fertigen Spinnenroboter wie zum Beispiel Spido von Variobot setzen und sich auf die Programmierung stürzen. Egal wie, steige ein in die Robotik und hab viel Spaß mit deinem neuen Freund. Solltest Du Fragen bei Deinem Roboterprojekt haben, es gibt etliche Gleichgesinnte, die gerne helfen.

Die Developer-Week, eine der größten unabhängigen Entwicklerkonferenzen Europas, beschäftigt sich am 15. Juni intensiv mit dem Thema Robotik. Auf den Maker-Spaces wird es dazu einen eigenen Workshop geben. Entwickler mit Maker-Interesse, die schon immer mal einen Bionic-Roboter bauen wollten oder Tipps vom Fachmann brauchen, sollten sich diese Gelegenheit nicht entgehen lassen. Auch die Eröffnungs-Keynote am 15. Juni wird sich um das Thema Robotik drehen. Prof. Dr. Tamim Asfour vom Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Anthropomatik, Robotik und hochperformante humanoide Technologien, spricht in seinem Vortrag über 24/7 humanoide Roboter und zeigt, was heute möglich ist und wie es weiter gehen wird. Die Developer-Week findet vom 15. bis zum 18. Juni 2015 im NCC in Nürnberg statt. Weitere Infos findet ihr hier, weitere Maker-Spaces hier.

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