Neuer DFKI-Laufroboter meistert eigenständig komplexe Manipulationsaufgaben und unwegsames Gelände

Er ist beweglich, handwerklich geschickt und kann seine Umgebung umfassend sensorisch wahrnehmen – der mehrgliedrige Laufroboter Mantis, den das Robotics Innovation Center des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) gemeinsam mit der Universität Bremen in dem Vorhaben LIMES für den Einsatz im Weltraum entwickelt hat. Seine Fähigkeiten lassen ihn nicht nur steile Krater und Geröllfelder überwinden, sondern auch mit den Vorderbeinen Infrastruktur auf fremden Planeten aufbauen. Zudem soll der Roboter auf der Erde Anwendung finden, etwa bei Katastropheneinsätzen oder in industriellen Produktionsprozessen.

Das am 31. Juli 2016 abgeschlossene Projekt LIMES (Learning Intelligent Motions for Kinematically Complex Legged Robots for Exploration in Space) wurde über eine Laufzeit von vier Jahren mit rund 3,7 Mio. Euro vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gefördert. Der daraus hervorgegangene und nach dem Vorbild einer Gottesanbeterin designte sechsbeinige Laufroboter Mantis (engl. Gottesanbeterin) verfügt über einen äußerst flexiblen und adaptiven Bewegungsapparat, der ihm einen hohen Grad an Mobilität auf unebenen und unstrukturierten Oberflächen ermöglicht. Seine beiden vorderen Extremitäten, die zusätzlich mit Greifwerkzeugen ausgestattet sind, dienen dem Roboter dabei nicht nur zum Laufen, sondern auch zur präzisen Manipulation und Handhabung von Objekten. Ausgestattet mit einer Vielzahl unterschiedlicher Sensoren nimmt Mantis seine Umgebung sowohl visuell als auch taktil wahr und kann dadurch zum Beispiel die jeweilige Untergrundbeschaffenheit analysieren.

Neben der mechatronischen Entwicklung haben die Bremer Wissenschaftler in LIMES unterschiedliche Bewegungsmuster mit Hilfe maschineller Lernverfahren generiert und optimiert, die dem Roboter in einer Art Verhaltensbibliothek zur Verfügung stehen. Dadurch kann er verschiedenste Umgebungsformationen und Untergründe, wie steile Abhänge oder Geröll, sicher überqueren. Auf Basis der Sensordaten wählt Mantis das für die jeweilige Situation passende Laufmuster aus, zum Beispiel eines, das ihn mehrere Beine oder den ganzen Körper anheben lässt, um ein erkanntes Hindernis zu überwinden. Nach jeder Aktion bewertet der Roboter seine Entscheidung, etwa hinsichtlich seines Energieverbrauchs, und passt sein Verhalten künftig bei einer ähnlichen Situation entsprechend an – auf diese Weise baut er seine Verhaltensbibliothek stetig aus.

Noch vor der tatsächlichen Umsetzung in Hardware haben die Wissenschaftler die neugenerierten Bewegungsmuster in Simulationen erprobt, die außerirdische Bedingungen, wie Gravitation, Lichtverhältnisse oder Steigungen nachstellen. Darauf aufbauend bot die 2

88 Quadratmeter große Weltraumexplorationshalle des DFKI mit künstlicher Kraterlandschaft realitätsnahe Bedingungen, um die Laufmuster direkt am Robotersystem zu testen. Bei zukünftigen Raumfahrtmissionen soll Mantis vor allem in unebenem, schwer zugänglichem Terrain zum Einsatz kommen, etwa um Bodenproben zu entnehmen oder den Aufbau von Infrastruktur zu ermöglichen. Dank seiner Fähigkeiten könnte er auch auf der Erde zur Anwendung kommen, zum Beispiel bei Katastropheneinsätzen in schwer zugänglichem Gelände oder im Bereich der Mensch-Roboter-Kooperation in industriellen Produktionsprozessen.

LIMES wurde von der Raumfahrt-Agentur des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.