Vierbeiniger Laufroboter soll im Schwarm den Mars erkunden

| Redakteur: Hendrik Härter

Der vierbeinige Laufroboter erklimmt die künstliche Kraterumgebung in der Weltraumexplorationshalle des DFKI.
Der vierbeinige Laufroboter erklimmt die künstliche Kraterumgebung in der Weltraumexplorationshalle des DFKI. (Bild: Thomas Frank)

Das Tal Valles Marineris auf dem Mars ist für Wissenschaftler interessant, da dort Wasser vermutet wird. Dazu arbeiten Forscher an einem Laufroboter, der sich zusammen mit einem Rover und flugfähigen Vehikel als Schwarm gegenseitig ergänzt.

Der bis zu sieben Kilometer tiefe Grabenbruch des Valles Marineris – das größte Grabenbruchsystem unseres Sonnensystems – ist für die Wissenschaft von großem Interesse. Aufgrund von Hinweisen auf Wasservorkommen, früherer vulkanischer Aktivität und der Abschattung von UV-Strahlung erfüllt er die Voraussetzung für die Existenz außerirdischen Lebens. Berge, Schluchten und Höhlen machen das Gebiet jedoch zu einem für die Exploration extrem komplexen Terrain. Dazu arbeiten Wissenschaftler an einem heterogenen, autonomen Roboterschwarm, um das Valles Marineris auf dem Mars zu erforschen. Dahinter steht die Forschungsinitiative VaMEx, was für Valles Marineris Explorer, des DLR Raumfahrtmanagements.

In der ersten Projektphase von VaMEx wurden Rover und flugfähige Vehikel als sich komplementär ergänzende Schwarmteilnehmer entwickelt, damit Wege effizient aufgespürt werden können und Übersichtskarten aufgebaut werden können. Allerdings fehlte es bisher an einer Roboterplattform, um das Valles Marineris umfangreich zu erforschen. Dazu gehört auch, dass sich der Roboter in den zerklüfteten Felsformationen fortbewegen kann oder gar in Höhlen und Felsspalten vordringt und dort selbstständig navigiert. Diese verbleibende Lücke im Schwarm schließt der vierbeinige hominide DFKI-Laufroboter „Charlie“, der in VIPE weiterentwickelt wurde.

Der DFKI-Laufroboter Charlie und der Rover der TU München als Schwarmteilnehmer.
Der DFKI-Laufroboter Charlie und der Rover der TU München als Schwarmteilnehmer. (Bild: Tobias Stark)

Laufmuster passt sich in Echtzeit an

Die Kooperationspartner vom Lehrstuhl für Medientechnik der Technischen Universität München und NavVis erarbeiteten im Projekt unterschiedliche Ansätze der vollautonomen Positionierung und Kartierung, die Charlie eine besonders driftarme Positionsbestimmung unter komplexen Bedingungen ermöglichen soll. Die Forscher des Robotics Innovation Center entwickelten zudem eine übergeordnete Netzwerkintelligenz, die je nach Terrain und Systemfähigkeiten entscheidet, welcher Roboter aus dem Schwarm zum Einsatz kommt.

Aufgrund seiner leichten und hochintegrierten Bauweise, seiner Agilität und der taktilen Sensorik, welche die Bodenbedingungen erfassen, ist der DFKI-Roboter ideal für schwieriges Gelände geeignet. Die auf den Sensordaten basierende reaktive Bewegungssteuerung wurde in VIPE um weitere Verhaltensmodule erweitert, sodass sich Charlie auch über unebenen Untergrund sicher fortbewegen und Hindernisse überwinden kann.

Mithilfe einer lokalen Karte wird der optimale Fußkontaktpunkt gefunden

Dafür entwickelten die Wissenschaftler einen adaptiven Footplacement-Algorithmus, durch den sich mithilfe einer lokalen Karte für jedes Bein ein optimaler Fußkontaktpunkt finden lässt. Die eigentlich reaktive Laufsteuerung des Roboters wurde um eine planende Ebene ergänzt, die es erlaubt, Wertänderungen in Echtzeit auf das jeweilige Laufmuster der einzelnen Beine zu schreiben. Damit wird der Roboter mobiler; er muss bei Unebenheiten oder vor Hindernissen nicht anhalten und kann die nächsten Schritte planen. Selbst wenn sich der Untergrund nicht wie erwartet verhält – etwa wenn ein Hindernis, bei dem ein Fußkontakt in den Schrittzyklus eingeplant wurde, widererwartend nachgibt – ist der Roboter dank der permanent aktiven reaktiven Kontrollebene in der Lage, seine Bewegung stabil fortzusetzen.

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