Forscher verwirklichen virtuellen Oktopusarm

Virtueller Oktopusarm in Aktion: Er ist so geschickt wie der echte (Illustration: illinois.edu)

Urbana-Champaign (pte017/18.11.2024/12:30) - Zum ersten Mal haben Ingenieure der University of Illinois Urbana-Champaign ( https://illinois.edu/ ) die komplexe muskuläre Architektur des Oktopusarms und seine einzigartigen Bewegungen digital nachgebildet. Das öffnet die Tür zur Entwicklung einer Soft-Robotik mit beispielloser Geschicklichkeit, sagen die Wissenschaftler. Das Rechenmodell ahmt demnach die Bewegungen, das Greifen und die Handhabung von Objekten des achtarmigen Kopffüßers nach.

Armbewegungen entschlüsselt

"Obwohl wir noch nicht genau wissen, welche muskulären Mechanismen dabei zum Einsatz kommen, ist diese Studie das fortschrittlichste Modell, das wir bisher gesehen haben", so Forscher Mattia Gazzola. Da ein Oktopus kein zentrales Gehirn hat, sondern in jedem seiner Arme ein "Mini-Denkorgan" besitzt, war es bisher unmöglich, die Bewegungen der Arme nachzubilden.

Die Entschlüsselung dieses Codes könnte eine bahnbrechende Veränderung darstellen und die Vorlage für eine effiziente, multifunktionale autonome Soft-Robotik liefern, heißt es. "Anstatt mit Tausenden von Freiheitsgraden zu arbeiten, haben wir zwei topologische Größen - Krümmung und Verdrehung - mit der Muskeldynamik in Verbindung gebracht. Diese beiden Größen werden jeweils von verschiedenen Muskelgruppen gesteuert, deren Koaktivierung eine dritte topologische Größe entstehen lässt, die die morphologischen 3D-Veränderungen des Arms beschreibt, also seine Bewegung", erklärt Gazzola.

Auf dem Weg zum "Cyber-Oktopus"

Das Modell soll erklären, wie die Strukturmechanik die Steuerung des Arms drastisch vereinfacht, indem sie komplexe dreidimensionale, wiederkehrende Bewegungen automatisch aus einfachen Muskelkontraktionsmustern orchestriert. Die Forscher arbeiten seit 2019 gemeinsam an dem übergeordneten Ziel, die Fähigkeit eines Cyber-Oktopus zu entwickeln - mit anderen Worten: Robotersteuerungssysteme zu schaffen, die die komplexen Bewegungen von Oktopusarmen nachahmen.

Um die Bewegungen des Oktopusarms zu studieren, haben die Forscher Bildverfolgung verwendet. Sie platzierten das Tier auf eine Seite einer Plexiglasplatte mit einer Öffnung, durch die nur ein Arm greifen konnte. Auf die andere Seite der Platte legten sie ein verlockendes Objekt, das der Oktopus haben wollte. Per Video hielten sie dann fest, wie der Oktopus nach dem Objekt griff und es manipulierte.

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