Schweizer Technologie: Künstliche Muskeln bringen Roboter zum Laufen

Forschende der ETH Zürich und des deutschen Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme haben ein Roboterbein entwickelt, das mit künstlichen Muskeln angetrieben wird. Die neue Schweizer Technologie ist energieeffizienter als herkömmliche Antriebe. Das Roboterbein kann hohe Sprünge und schnelle Bewegungen ausführen sowie Hindernisse erkennen und darauf reagieren.

Wie bei Mensch und Tier ermöglichen ein Streck- und ein Beugemuskel die Bewegungen des Roboterbeins. Die Muskeln bestehen aus elektrohydraulischen Aktuatoren, mit Öl gefüllten Kunststoffbeuteln, die über Sehnen am Skelett befestigt sind. Wird der künstliche Muskel unter Strom gesetzt, schieben Elektroden das Öl auf eine Seite. Dadurch wird der Beutel kürzer, genau wie sich ein echter Muskel verkürzt. Paare dieser Aktuatoren, die an einem Skelett befestigt sind, führen zu den gleichen Muskelbewegungen wie bei Lebewesen: Wenn sich ein Muskel verkürzt, verlängert sich sein Gegenstück. Ein Computercode steuert, welche Aktuatoren sich zusammenziehen und welche sich verlängern sollen.

Die Forschenden verglichen die Energieeffizienz ihres Roboterbeins mit der eines herkömmlichen Roboterbeins, das von einem Elektromotor angetrieben wird. Sie stellten fest, dass das ihre künstlichen Muskeln viel weniger Energie verbrauchen als Elektromotoren.

Die Sprungfähigkeit des Roboterbeins beruht auf seiner Fähigkeit, sein eigenes Gewicht explosionsartig anzuheben. Die Forschenden zeigten, dass das Roboterbein über eine hohe Anpassungsfähigkeit verfügt, was für die Soft-Robotik besonders wichtig ist. «Das ist bei Lebewesen nicht anders. Wenn wir unsere Knie nicht beugen können, haben wir Schwierigkeiten, auf unebenem Terrain zu gehen», sagt ETH-Forscher Robert Katzschmann. Während ein Sensor dem Elektromotor ständig mitteilen muss, in welchem Winkel sich das Roboterbein befindet, passt sich der künstliche Muskel adaptiv durch die Interaktion mit der Umgebung an.

Das Forschungsfeld der elektrohydraulischen Aktuatoren existiert erst seit rund sechs Jahren. Der Bereich der Robotik mache rasche Fortschritte in der Regelungstechnik und maschinellem Lernen. Im Gegensatz dazu seien die Fortschritte bei der Roboterhardware bisher gering, so die Forschenden. Auch die neue Schweizer Technologie ist noch nicht bereit für den praktischen Einsatz: «Das aktuelle System ist im Vergleich zu Laufrobotern mit Elektromotoren noch limitiert. Derzeit ist das Bein an einer Stange befestigt und kann sich nicht frei bewegen», berichtet Katzschmann.

Zukünftige Arbeiten sollen diese Einschränkungen überwinden, sodass echte Laufroboter mit künstlichen Muskeln entwickelt werden können. «Wenn wir die Technologie des Roboterbeines zu einem vierbeinigen Roboter oder einem humanoiden Roboter mit zwei Beinen kombinieren, können wir es eines Tages als Rettungsroboter einsetzen», meint der ETH-Forscher.