Intelligente Saugnäpfe: Dieser Roboter denkt wie ein Oktopus – mit Gehirn in den Armen
Oktopoden dienen der Wissenschaft immer wieder als Inspiration. Sei es, um Tentakel-Prothesen, von den Saugnäpfen inspirierte Haftmechanismen oder neuartige Materialien zu entwickeln, die Farbe und Struktur verändern können. In der jüngsten Arbeit hat ein Team der Universität Bristol jetzt einen Roboter gebaut, der durch die Wahrnehmung seiner Umgebung entscheiden kann, wie er sich bewegen oder Objekte greifen soll.
„Intelligenter Saugnapf“ für die Robotik
Die von unabhängigen Expertinnen und Experten geprüfte Studie ist im Fachmagazin Science Robotics erschienen. Nachdem das Team im vergangenen Jahr bereits die Saugnäpfe eines Oktopus künstlich nachgeahmt hat, geht die neue Arbeit noch einen Schritt weiter: Der „intelligente Saugnapf“ orientiert sich an der Art und Weise, wie Oktopoden ihre Umwelt wahrnehmen.
„Viele Studien legen nahe, dass Kraken ein hierarchisches System von Neuronen und Muskeln nutzen, um ihre ausgeklügelten Bewegungen und ihre physische Intelligenz zu erreichen“, heißt es in der Studie. So gehe man davon aus, dass rund 60 Prozent aller Neuronen in einem Oktopus in den acht Armen stecken – und nur 40 Prozent im eigentlichen Gehirn. Dadurch kann er viele Dinge direkt mit seinen Armen erledigen, ohne dass das Gehirn jeden Schritt steuern muss. Dieses kann sich stattdessen auf höhere Entscheidungen konzentrieren.
In der Natur ist das hilfreich, da effizient: Der Oktopus benötigt nur einen minimalen Nervenstrang für die Kommunikation zwischen Gehirn und Körper, die Intelligenz ist quasi dezentral über den gesamten Körper verteilt.
Ein Roboter mit zweistufiger Intelligenz
Dieses Prinzip wollten die Forscherinnen und Forscher aus Bristol in einem sogenannten weichen Roboter nachahmen, also in einem Roboter, der aus flexiblen Materialien besteht und sich deshalb seiner Umgebung anpassen kann.
Als Basis dient dabei der künstliche Saugnapf, den das Team schon zuvor entwickelt hatte. Ähnlich wie die eines echten Kraken nutzt das System eine Kombination aus Flüssigkeit und Druckveränderungen, um Objekte zu greifen. Ein flexibler Greifarm kann sich zudem, wie ein Tentakel, um Objekte herum bewegen. Sogenannte Suction-Triggered Switches (STS) funktionieren dabei ähnlich wie die Nervenknoten (Ganglien) in den Oktopusarmen.
„Implizite Sensorik ermöglicht es dem Roboter, Veränderungen in der Umgebung zu ’spüren‘ und entsprechend zu handeln, ohne Daten auszugeben“, schreiben die Wissenschaftler. Anders gesagt: Der intelligente Saugnapf ertastet Objekte und entscheidet eigenständig, wie er sie am besten greifen kann. Die Informationen werden direkt im Saugnapf verarbeitet, so wie in einem echten Oktopus in den Tentakeln.
Das Gehirn, in diesem Fall höhere Schaltkreise, kommen erst im nächsten Schritt zum Einsatz und führen zu einer „multimodalen Wahrnehmung“: Durch das Messen des Drucks im Saugnapf erhält der Roboter weitere Informationen über das Objekt. Er kann erkennen, wie die Form ist, wie rau die Oberfläche ist und darauf basierend entscheiden, wie viel Kraft er benötigt, um das Objekt zu bewegen.
Möglicher Einsatz in Landwirtschaft und Produktion
„Wir zeigen, dass Roboter durch den Einbau von Saugnäpfen in flüssigkeitsgesteuerte, weiche Schaltkreise ein krakenähnliches hierarchisches und verteiltes neuromuskuläres System aufbauen können“, heißt es abschließend in der Studie. Ähnlich wie bei einem Oktopus erledigen also die unteren Ebenen (Saugnäpfe und STS) die schnellen, lokalen Aufgaben und sammeln Daten, während eine höhere Ebene (ein Computer) die gesammelten Daten verarbeitet und komplexere Entscheidungen trifft.
Das Ziel ist, weiche Roboter intelligenter und anpassungsfähiger zu machen: Durch einen hierarchischen Aufbau wäre es denkbar, die Verkabelung zwischen Bauteilen zu reduzieren. Auch benötigt nicht jedes Element die volle Rechenpower, wodurch der Betrieb effizienter sein könnte.
Als mögliche Einsatzgebiete erwähnen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler etwa das schonende Pflücken von Früchten in der Landwirtschaft oder die Handhabung zerbrechlicher Gegenstände in Fabriken. Also überall dort, wo es darauf ankommt, Objekte mit ihren Eigenschaften wie Nässe, Masse und Oberflächenbeschaffenheit zu identifizieren, um sie autonom greifen zu können.
