Teil kaputt? Diese Roboter finden Ersatz und reparieren sich dann selbst

Ein technisches Problem, das Roboter bislang nicht lösen konnten: Was passiert, wenn ein Teil ausfällt? In einem neuen Ansatz zeigen Ingenieure der Columbia University, wie Maschinen sich selbst zusammensetzen, umbauen und beschädigte Teile ersetzen.

Forscher bauen Roboter mit Selbstheilungs-Taktik

Das Prinzip taufen die Forscher "Robot Metabolism" - sozusagen ein physischer "Stoffwechsel für Maschinen". Statt auf festgelegte Bauweisen zu setzen, bestehen die Roboter aus einfachen Modulen namens "Truss Links". Diese sind etwa 28 cm lang, magnetisch koppelbar und können ihre Länge um über 50 % verändern. Zwei dieser Module lassen sich an ihren Enden über drehbare Magnete verbinden - in beliebigen Winkeln, ohne feste Schnittstellen.

Auf dieser Basis wurden mehrere Roboterstrukturen getestet. So konnten einzelne Truss Links selbstständig zu 2D-Formen wie Dreiecken oder Sternen zusammenfinden, sich zu 3D-Körpern falten und diese dann erweitern. Ein sogenannter "ratchet tetrahedron" - ein beweglicher Pyramidenroboter - integrierte z. B. ein weiteres Modul, um seine Bewegungsgeschwindigkeit auf einer Schräge um über 66 % zu steigern. Simpler Aufbau, viele Möglichkeiten

Lebewesen können wachsen, heilen und sich anpassen. (...) Letztlich müssen auch Roboter dies lernen - nämlich, Teile anderer Roboter zu nutzen und wiederzuverwenden. Man kann dieses junge Forschungsfeld als eine Art ‚Maschinenstoffwechsel‘ verstehen.

Die Ergebnisse, veröffentlicht in Science Advances, zeigen neben dem Selbstaufbau auch Wiederherstellungsprozesse. Nach Sturztests rekonfigurierten sich beschädigte Roboterformen, fanden verlorene Module oder ersetzten defekte Bauteile. Ein Tetraeder war sogar in der Lage, ein "totes" Modul abzuwerfen und ein neues autonom aufzunehmen.

Die Steuerung der Module erfolgte noch manuell, aber die physikalische Grundlage für eine maschinelle Selbstorganisation wurde gelegt. Besonders robust zeigte sich dabei die Kombination aus Truss-Architektur und freiformmagnetischen Steckverbindungen. Die gewählte Geometrie erlaubt ein kontrolliertes An- und Abkoppeln auch bei Kollisionen. Anpassungsfähigkeiten sind gefragt

Da, wo Reparieren nicht geht

Die Forscher des Creative Machines Lab verweisen auf mögliche Einsatzfelder wie Weltraumrobotik oder Katastrophenhilfe - dort, wo klassische Wartung unmöglich ist. Für eine breitere Anwendung fehlen jedoch noch Fortschritte bei der Miniaturisierung, Kostenreduktion und automatisierter Steuerung.

Das Projekt unter Leitung von Philippe Martin Wyder und Hod Lipson liefert dennoch einen klaren technischen Beitrag: Ein erstmals funktionierendes System, das nicht nur seine Form verändern, sondern aktiv wachsen und sich anpassen kann - durch Wiederverwertung eigener Bauteile.


Siehe auch: