Es schwankt und taumelt

News: Es schwankt und taumelt

Es hat kein Gehirn und kein Herz, und sein Gang ähnelt dem einer Vogelscheuche. Dennoch kann ein kleiner kopfloser, armloser, torsoloser, zweibeiniger Roboter, der eigentlich nur aus Beinen besteht, gehen, wackeln, hoppeln, hinken, schreiten und torkeln. Bloß stillstehen - das ist ihm nicht möglich. Aber dieser Roboter aus den Plastikteilen eines Spielzeugbaukastens verrät uns einiges darüber, wie sich Menschen eigentlich fortbewegen.

Nach Auskunft von Michael J. Coleman, Dozent für Maschinenbau an der Cornell University, führt der kleine Roboter "wiederholbare, klappernde, menschenähnliche stabile Schritte aus ohne umzufallen", indem er die Schwerkraft auf einem schrägen Ebene ausnutzt. Coleman, der den kleinen Plastikkerl mit der Hilfe von Andy Ruina, dem Direktor des Human Power, Biomechanics and Robotics Laboratory, entwickelt hat, meint "dies ist der erste zweibeinige, statisch instabile, dreidimensionale, passiv-dynamische Geher, der ohne Benutzung eines Kontrollsystems sicher einen Abhang hinunterwandern kann."

"Wir spielten nur ein bißchen herum, ohne Hoffnung auf Erfolg. Dabei stellten wir das Spielzeug auf eine Rampe. Überraschenderweise machte es ein paar unerwartete, wenn nicht sogar sehr feste oder stabile Schritte. Nach einigem nicht quantifizierbarem Herumbasteln hielten wir schließlich den funktionierenden Apparat in Händen".

"Wie Menschen mit ihrem schweren, aufrechten Rumpf auf zwei relativ dünnen Beinen gehen können, ist immer noch relativ unklar", erklärt Coleman in Ruinas Labor, in welchem Roboterbeine, zerstückelte Fahrradketten und Ersatzteile von der Decke hängen und im Zimmer verstreut herumliegen. "Während einige Wissenschaftler glauben, daß unser Nervensystem weitgehend die Balance und die Fortbewegung koordiniert, deutet unsere Forschung darauf hin, daß die passive Wechselwirkung von Schwerkraft, Trägheit und Bodenkontakt für die Koordinierung unserer Fortbewegung ebenfalls sehr wichtig sein könnte."

Colemans und Ruinas Arbeit basiert auf der analytischen Forschung von Tad McGeer von der Insitu Group in Underwood, Washington. Er argumentierte, daß die menschliche Stabilität und Balance wahrscheinlich von den Gesetzen der Mechanik und nicht notwendigerweise primär vom Gehirn gesteuert würden. McGeer entwickelte mehrere stabile zweidimensionale Geher, er konnte jedoch keine stabilen dreidimensionalen Gehbewegungen finden.

Coleman und Ruina glauben, daß ihre Arbeit, die von McGeer mit der Entwicklung von Flugzeugen aus motorlosen Gleitern verglichen wird, wichtige Einsichten in die Mechanik des Gehens liefern wird. Sie könnte auch große Bedeutung für die Entwicklung besserer Beinprothesen und für die Rehabilitation neuromuskulärer Probleme haben.

Coleman konstruierte den Spielzeug-Apparat wie folgt: Er steckte zwei grüne Stabbeine, die unten mit abgerundeten gelben Füßen versehen waren, in eine rote Querstange, die als Hüfte diente, zusammen mit mehreren orangefarbenen Unterlegscheiben und grünen Scharniergelenken. Zur Stabilisierung des Roboters fügte er tiefliegende rote und gelbe Abstützfüße hinzu, die an jedem Fuß durch Stahlmuttern niedergehalten wurden, um so die Masseschwerpunkte zu senken. Ruina half bei der Feinabstimmung des Spielzeugs durch Abrunden der flachen Stellen der Räder mit flexiblen Messingstreifen. Bald torkelte der handgroße Apparat einen sanften Anhang hinab, wobei er von einer Seite auf die andere schwankte, aber sicher weiterging und weiter und weiter. Er konnte allerdings nicht stehenbleiben.

Colemans und Ruinas mathematische Modelle und Computersimulationen vermochten den Erfolg des Gehers nicht vorauszusagen. Ihre Computermodelle sind immer noch zu simpel, um dieses Resultat erklären zu können. "Immerhin hebt es die Möglichkeit hervor, daß unkontrollierte Dynamik während des Gehens nicht nur zur Balance nach vorne und hinten beiträgt, sondern auch zur Balance von einer Seite zur anderen", sagte Ruina.

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