von DAVID HOLZAPFEL
Alexander Badri-Spröwitz hebt den Roboter mit einer Hand über das Laufband, die beiden langen Beine strampeln im Takt der Elektromotoren. Es sieht aus, als wolle er sich aus dem Griff des Forschers befreien. Mit der freien Hand schaltet der Biomechaniker das Laufband ein und stellt das um sich tretende Etwas behutsam darauf. Schon marschiert der Roboter mit federnden Schritten über die gummierte Oberfläche.
BirdBot, so heißt das Roboter-Beinsystem, das Badri-Spröwitz und seine Forschungsgruppe „Dynamische Lokomotion“ am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart entwickelt haben. Mit seinen weißen Kunststoffbauteilen, Schraubenfedern und Elektromotoren sieht das rund 35 Zentimeter hohe Beinpaar aus wie ein futuristisches Spielzeug. Doch es ist viel mehr als das: In dem Projekt vereinen die Wissenschaftler auf geschickte Weise Erkenntnisse aus Biologie, Biomechanik und Mechatronik. Als Vorbild für den Roboter diente die Bein-Anatomie großer Laufvögel.
Vorbild Vogel Strauß
Schon lange ist bekannt, dass manche Tiere sehr energieeffizient laufen, fliegen oder schwimmen können. Da ist zum Beispiel der Vogel Strauß. Der Laufvogel ist ein mechanisches Wunderwerk: Er wiegt bis zu 150 Kilogramm und rennt dennoch mit annähernd 70 Kilometern pro Stunde durch die Savanne. Möglich wird das durch die Anatomie seiner Beine: Die Gelenke sind über ein System aus Sehnen so miteinander verbunden, dass die Zehen der Vögel beim Laufen automatisch nach hinten klappen, wenn die Beine zum Körper gezogen werden. Ein Mechanismus, der sich in der Evolution bewährt zu haben scheint: Schon Tyrannosaurus rex lief vor gut 66 Millionen Jahren mit einer solchen Beinstruktur.
„Ursache für das Umklappen ist nicht das Nervensystem, es stecken keine elektrischen Impulse und auch keine Muskelaktivität dahinter, sondern es handelt sich um eine rein mechanische Kopplung“, so Badri-Spröwitz. „Ein Netzwerk aus Muskeln und elastischen Sehnen, das sich über mehrere Gelenke hinweg erstreckt, sorgt für das Einklappen der Zehen in der Schwungphase.“ Das ermöglicht eine effektive Fortbewegung bei geringem Kraftaufwand. Diesen Vorteil wollten Badri-Spröwitz und sein Doktorand Alborz Aghamaleki Sarvestani bei BirdBot nutzen.
Komplexes Wechselspiel
Bisherige Konzepte für zweibeinige Laufroboter orientieren sich meist am Gang des Menschen, erklärt Badri-Spröwitz. Stark vereinfacht funktioniert der so: Schwingen wir ein Bein nach vorne, geschieht das fast ohne Kraftaufwand. Erst beim Stehen spannen wir unsere Muskeln an, damit wir nicht umfallen. Gehen wir, schalten wir zwischen diesen beiden Modi hin und her.
