Laufroboter soll den Mars erkunden

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. In der ersten Projekt­phase der Forschungs­initiative VaMEx (Valles Marineris Explorer) wurden zu dessen Erkundung Rover und flug­fähige Vehikel als sich komplementär ergänzende Schwarm­teilnehmer entwickelt, die eine effi­ziente Wegfindung und den Aufbau von Übersichts­karten ermög­lichen.

Für eine umfang­reiche Erforschung des Valles Marineris fehlte es bisher jedoch an einer Roboter­plattform, die sich auch innerhalb der zerklüf­teten Fels­formationen fortbewegen sowie in Höhlen und Felsspalten vordringen und navi­gieren kann. Diese verbleibende Lücke im Schwarm schließt der vierbeinige hominide DFKI-Lauf­roboter „Charlie“, der im Verbund­projekt VIPE am Deutschen Forschungs­zentrums für Künst­liche Intel­ligenz (DFKI) in Bremen weiter­entwickelt wurde. Die Kooperations­partner vom Lehrstuhl für Medientechnik der Tech­nischen Univer­sität München und der NavVis GmbH erar­beiteten im Projekt innovative Ansätze der voll­autonomen Posi­tionierung und Kartierung, die Charlie eine besonders driftarme Positions­bestimmung auch unter komplexen Bedingungen ermög­lichen. Die Forscher des DFKI-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 um weitere Verhaltens­module erweitert, so dass sich Charlie auch über unebenen Untergrund sicher fortbewegen und Hinder­nisse überwinden kann. Dafür entwickelten die Wissen­schaftler einen adaptiven „Foot­placement“-Algorithmus, durch den sich mit Hilfe 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. Dies erweitert die Mob­ilität des Roboters insofern, dass er bei Uneben­heiten oder vor Hinder­nissen nicht anhalten muss, um die nächsten Schritte zu 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.

DFKI / JOL