Knapp zwei Jahre befasste sich ein Entwicklerteam aus dem Bionic Learning Network - einem Verbund von Festo mit Hochschulen, Forschungsinstituten und Entwicklungsfirmen- damit, das Sprungverhalten des natürlichen Kängurus realitätsnah nachzubilden und daraus zu lernen.

„Mit dem BionicKangaroo stellen wir genau das vor, was ein natürliches Känguru auszeichnet, nämlich Energie rückzugewinnen, zu speichern und im nächsten Sprung wieder einzubringen“, erklärt Dr. Heinrich Frontzek, Leiter Corporate Communication und Future Concepts bei Festo.

Sein Hüpfmechanismus ermöglicht es dem natürlichen Känguru, seine Geschwindigkeit zu erhöhen, ohne dabei seinen Energieverbrauch zu steigern. Bei jedem Sprung kann es Energie aus der Landephase zwischenspeichern und für den nächsten Sprung wieder einsetzen. Eine wichtige Funktion übernimmt dabei die Achillessehne, die beim natürlichen Känguru deshalb besonders ausgeprägt ist. „Die Funktion der natürlichen Achillessehne realisierten wir beim künstlichen Känguru mithilfe eines elastischen Federelements aus Gummi“, beschreibt Frontzek. Für die Stabilität bei Sprung und Landung sorgen das Condition Monitoring sowie die präzise Steuerungs- und Regelungstechnik.

Festo zeigt mit dem Känguru, wie sich pneumatische und elektrische Antriebstechnik intelligent in einem hoch dynamischen System kombinieren lassen. Besonderes Augenmerk legte das Team auf die mobile Energieversorgung des künstlichen Kängurus und entwickelte dazu zwei unterschiedliche Konzepte: In den Körper kann entweder ein kleiner Kompressor oder ein Hochdruckspeicher eingesetzt werden. Beide liefern beim Sprung die benötigte Druckluft, die durch zwei Magnetventile dosiert wird. Als elektrischer Energiespeicher dienen Lithium-Polymer-Akkus, die sowohl die Ventile als auch die elektrischen Antriebe sowie die integrierte Steuerung mit dem nötigen Strom versorgen.

Die Kinematik ist aus lasergesinterten Bauteilen gefertigt, die mit Karbon verstärkt sind. Dadurch wiegt das künstliche Tier bei einer Größe von etwa einem Meter knapp 7 kg und kann bis zu 40 cm hoch und 80 cm weit springen. Das BionicKangaroo lässt sich mit einem speziellen Armband über Gesten steuern. Das Armband erkennt dabei die Muskelaktivitäten des Bedieners; ein Lagesensor im Band erfasst die Bewegung des Arms. Das Armband sendet diese Signale über Bluetooth an die Steuerung des künstlichen Kangurus, worauf es in Interaktion mit dem Bediener tritt.

Im Stand berührt das Känguru mit beiden Füßen und dem Schwanz den Boden und verfügt so über eine stabile Dreipunktauflage. Auf beim Sprung sorgt der Schwanz für die nötige Balance. Ein elektrischer Servomotor regelt dafür gezielt seinen Anstellwinkel und sorgt für die entsprechende Ausgleichsbewegung. Dadurch kompensiert das Känguru die Gegenbewegung seiner Beine, die für die Landephase nach vorne geholt werden müssen. Auch die Beine werden über zwei elektrische Servomotoren angesteuert, die zwischen hüfte und Oberschenkel sitzen, so dass sie vorwärts und rückwärts bewegt werden können. Dabei generiert die Kompaktsteuerung alle Steuersignale.