Federnde Pfotenballen lassen Roboterhunde weiter und länger laufen

Ingenieure der Seoul National University of Science and Technology haben poröse Füße für vierbeinige Roboter entwickelt, die die Energie des Aufpralls auf den Boden speichern und beim nächsten Schritt wieder abgeben können. Herkömmliche Federn und Stoßdämpfer erwiesen sich als wirkungslos, da sie nur bei schnellen Gangarten funktionieren. Für einen langsam beweglichen Inspektionsroboterhund wurden daher andere Energierückgewinnungsmechanismen benötigt. Die vorgeschlagenen Füße sind halbkugelförmig und werden mittels 3D-Druck aus einem flexiblen Polymer in Form einer triply periodic minimal surface (TPMS) hergestellt, einem kontinuierlichen dreidimensionalen Gitter aus sich wiederholenden Poren und Streben, das geringes Gewicht, einstellbare Steifigkeit und die Fähigkeit, mechanische Energie zu absorbieren und wieder freizusetzen, vereint. Die Forscher testeten drei Gitterstrukturen – einfach, Gyroid und Diamant – und stellten fest, dass das Diamantgitter mit einer relativen Dichte von 60 % am besten abschnitt: Es verformte sich ausreichend, speicherte viel Energie und verlor relativ wenig Energie durch innere Reibung. Da elastische Füße allein nicht ausreichten – bei falscher Gangart dissipiert die gespeicherte Energie oder führt zu Schwankungen des Roboter Körpers, was die Elektromotoren zur Korrektur der Haltung zwingt – trainierten die Ingenieure eine Steuerung mittels tiefem Reinforcement Learning. Das Modell berücksichtigte die Verformung und Rückstellung der TPMS-Struktur, und die Belohnungsfunktion förderte Bewegungen, die die Arbeit der Aktuatoren mit der Speicherung und Freisetzung elastischer Energie beim Bodenkontakt in Einklang brachten. Das System wurde an einem vierbeinigen Roboter RBQ-10 getestet, wobei die neuen Füße mit herkömmlichen festen halbkugelförmigen Stützen verglichen wurden. Der Roboter behielt im gesamten Geschwindigkeitsbereich seine Stabilität und reduzierte den durchschnittlichen Batterieverbrauch bei Geschwindigkeiten von 0,4 bis 1 m/s um 1,4–6,2 %. Die Entwicklung ist für Roboter gedacht, die bei Inspektionen, im Gütertransport und bei Such- und Rettungseinsätzen eingesetzt werden, wo ein längerer autonomer Betrieb entscheidend ist.