Roboter-Hund Cheetah 3: Kann blind Treppensteigen

12.07.2018, 14:00 Uhr
 

Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben einen Roboter-Hund entwickelt, der blind auf Hindernisse springen, rennen und sogar eine mit Trümmern übersäte Treppe hinaufsteigen kann. Cheetah 3, so der Name des Roboters, läuft zur Not auch auf drei Beinen weiter.

Cheetah 3 - der Roboter-Hund vom Massachusetts Institute of Technology MIT kann Treppensteigen, Springen und Rennen. Auch Hindernisse sind kein Problem. Erinnert an Roboter-Hunde aus der Fernsehserie Black Mirror.

Cheetah 3 – der blinde Roboter-Hund vom Massachusetts Institute of Technology (MIT)
[Foto: Mit freundlicher Genehmigung der Forscher]

Ein bisschen ist man an die Roboterhunde aus der Fernsehserie Black Mirror erinnert, in der diese völlig autonom auf Menschenjagd gehen. Cheetah soll den Menschen allerdings helfen – also keine Angst!

Circa 40 Kilogramm ist der Roboter-Hund schwer und hat die Größe eines ausgewachsenen Labradors. Statt durch Kameras oder Umweltsensoren zu sehen, ertastet sich Cheetah 3 die Umwelt. Seine Erbauer nennen das “blinde Fortbewegung”, als ob sich der Roboter-Hund in einem pechschwarzen Raum bewegen müsste.

Tastsinn macht den Roboter-Hund schnell

Auf den ersten Blick scheint das fehlende Sehvermögen von Cheetah 3 ein Problem zu sein. Die Ingenieure sehen darin jedoch einen entscheidenden Vorteil:

“Es gibt viele unerwartete Verhaltensweisen, mit denen der Roboter umgehen sollte, ohne sich zu sehr auf das Sehen zu verlassen”, sagt Sangbae Kim, Associate Professor für Maschinenbau am MIT und Entwickler von Cheetah 3. “Das Sehen kann laut, etwas ungenau und manchmal unmöglich sein. Und wenn Sie sich zu sehr auf das Sehen verlassen, muss Ihr Roboter sehr genau in der Positionierung sein und wird schließlich langsam. Also wollen wir, dass sich der Roboter mehr auf ertastbare Informationen verlässt. Auf diese Weise kann er unerwartete Hindernisse überwinden, während er sich schnell bewegt.”

Dank eines neu entwickelten Kontakterkennungs-Algorithmus und eines ebenso neuen modellprädiktiven Steuerungs-Algorithmus kann sich Cheetah 3 blind auf Treppen und durch unwegsames Gelände bewegen. Der Roboter muss zum Beispiel entscheiden können, ob ein Gegenstand – etwa ein Stein – zu hart ist, um ein Bein weiterzubewegen. Wenn es sich nur um einen kleinen Zweig handelt, könnte er ihn mit dem Schwung seines Beines einfach zur Seite fegen.

Der Kontakterkennungs-Algorithmus arbeitet mit Wahrscheinlichkeits-Rechnungen. Die Forscher haben den Algorithmus getestet, indem sie Cheetah 3 auf einem Laborlaufband rennen und auf einer Treppe klettern ließen. Beide Oberflächen waren mit kleinen Hindernissen aus Holzblöcken und Klebebandrollen bedeckt.

Entwickler Kim beschreibt die neuen Fähigkeiten von Cheetah 3 so: “Er kennt nicht die Höhe von jeder Stufe und weiß nicht, dass es Hindernisse auf der Treppe gibt, aber er pflügt einfach durch, ohne sein Gleichgewicht zu verlieren. Ohne diesen Algorithmus war der Roboter sehr instabil und fiel leicht hin.”

Der modellprädiktive Steuerungs-Algorithmus berechnet die vielfältigen Positionen von Körper und Beinen des Roboters eine halbe Sekunde im Voraus, sobald eine bestimmte Kraft von einem beliebigen Bein beim Kontakt mit dem Boden ausgeübt wird.

Roboter für gefährliche Aufgaben

Die Entwickler des blinden Roboter-Hundes sehen seine Einsatzgebiete vor allem dort, wo der Mensch nicht so ohne weiteres hin gelangt. Das können gefährliche, aber auch schmutzige oder sehr schwierige Aufgaben sei – etwa die Inspektion von Kraftwerken.

Cheetah 3 wurde zwar bereits mit Kameras ausgestattet, um ein visuelles Feedback von der Umwelt zu erhalten; gerade für größere Hindernisse wie Türen und Wände sei das hilfreich. Vorerst soll aber die “blinde Fortbewegung” weiter trainiert werden, damit der Roboter auch mit Hindernissen umgehen kann, die mit einer Kamera nicht erkannt werden.