Oktopus-Simulation für neue Roboter geglückt

Simulation eines Armes des Oktopus: Basis für neue Robotergeneration (Illustration: illinois.edu)

Urabana Champaign (pte004/28.02.2023/06:05) - In einem multidisziplinären Projekt unter der Leitung von Prashant Mehta und Mattia Gazzola von der University of Illinois ( https://illinois.edu ) wurde die komplexe Muskelstruktur eines Oktopusarms modellhaft kopiert. "Unser Modell, das erste seiner Art, bietet nicht nur einen Einblick in das biologische Problem, sondern auch einen Rahmen für das Design und die Steuerung von weichen Robotern", sagt Mehta.

Komplexe Aufgaben meistern

Der Oktopus nutzt seine Arme für zahlreiche Zwecke - zum Greifen, Heranziehen von Objekten, Schwimmen und Krabbeln. Sie haben mehr Freiheitsgrade als komplizierte Roboterarme. Diese Vielfalt rührt aus der komplizierten Organisation und Biomechanik der inneren Muskeln. Die beeindruckenden Fähigkeiten von Oktopusarmen dienen seit Langem als Inspiration für das Design und die Steuerung weicher Roboter. Diese haben das Potenzial, komplexe Aufgaben in unstrukturierten Umgebungen auszuführen und gleichzeitig mit Menschen zusammenzuarbeiten, ohne diese zu gefährden.

"Die Oktopusarme werden von drei großen inneren Muskelgruppen angetrieben - longitudinal, quer und schräg - die dazu führen, dass sich der Arm nahezu beliebig verformen kann. Das verleiht den weichen, muskulösen Armen erhebliche Freiheiten", unterstreicht Doktorand Heng-Sheng Chang. Das gelingt unter anderem mit der Ausstattung der Muskeln mit Energiespeichern. "Muskeln mit gespeicherter Energie vereinfachen die Steuerung des Arms, weil sich die nötigen Muskelaktivierungen zur Lösung von Manipulationsaufgaben wie Greifen und Greifen leichter berechnen lassen", ergänzt Postdoc Udit Halder.

Multidisziplinäre Umsetzung

Diese Erkenntnisse haben laut den Experten in einer Simulation zu bemerkenswert lebensechten Bewegungen des Oktopusarms geführt. "Unser Ansatz bietet mathematische Leistungsgarantien, die bei alternativen Ansätzen, einschließlich des maschinellen Lernens, oft fehlen", erzählt Halder. An der Entwicklung arbeiteten Biologen mit, die Experimente mit Kraken durchgeführt haben, um die Mechanik der Muskeln besser kennenzulernen, sowie Robotiker, die diese Erkenntnisse auf echte weiche Roboter übertrugen.

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