Neuartige Roboter-Qualle manövriert frei in 3D

Peking (pte003/07.08.2019/06:10) - Forscher vom Institut für Automation der Chinesischen Akademie der Wissenschaften http://english.ia.cas.cn haben eine neuartige Roboter-Qualle entwickelt, die dank bestärkendem Lernen in der Lage ist, ähnlich wie ihr natürliches Vorbild in 3D zu manövrieren. Dazu nutzt sie wie eine echte Qualle den Rückstoß eines Wasserstrahls, da diese Antriebsart eigentlich sehr effizient ist. Eben das nachzuahmen kann Robotern erlauben, mit wenig Energie für die Bewegung auszukommen.

Optimale Lagekontrolle

Der Rückstoß eines Wasserstrahls, also im Prinzip ein Jetantrieb, erlaubt den vermeintlich behäbigen Quallen, sich sehr effizient fortzubewegen. Das macht sie als Vorbild für die Technik interessant. Doch bisherige Roboter-Quallen haben laut "Science China Press" meist wesentliche Einschränkungen. Sie seien oft kabelgebunden und die meisten seien nicht fähig, ihre Lage frei entlang aller drei Raumrichtungen anzupassen. Das Team um den Robotik-Spezialisten Junzhi Yu hat sich daher damit befasst, welches Design und welche Kontrollsysteme einem motorbetriebenen Quallen-ähnlichen Roboter sinnvolle 3D-Bewegung erlaubt.

"Es ist sehr schwer, ein genaues dynamisches Modell für Quallen-artiges Schwimmen zu entwickeln, da es sich um ein stark nichtlineares, stark koppelndes und zeitlich variierendes System handelt", meint Yu. Zudem erschweren äußere Störungen in dynamischen aquatischen Umgebungen das Problem. Die Forscher setzen daher auf ein auf bestärkenden Lernen basierendes Lagekontrollsystem mit geschlossenem Regelkreis für die Robo-Qualle. Das ermögliche optimale Kontrollentscheidungen durch direkte Interaktion mit der Umgebung, ohne dass eine dynamische Modellierung erforderlich wäre.

Robo-Schirmqualle

Der Aufbau ihres Roboters orientiert sich an der Ohrenqualle, einer weit verbreiteten Schirmqualle. Dank großer Verdrängung eigne sich dies besonders gut für große Nutzlasten. Der 13,8 Zentimeter hohe und rund 8,2 Kilogramm schwere Roboter hat einen glockenförmigen, starren Kopf und einen zylindrischen Hauthohlraum. Vier getrennte Sechsgelenkmechanismen mit einer äußeren weichen Gummihaut ermöglichen das Schwimmen. Zwei verstellbare Gewichte im Hohlraum dienen der autonomen Lagekontrolle. "Im Vergleich zu den meisten anderen Roboterquallen zeigt der hier gebaute Roboter eine hohe Strukturflexibilität und Manövrierfähigkeit", sagt Yu.

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