Für den Einsatz im Weltraum hat das Robotics Innovation Center des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz DFKI gemeinsam mit der Universität Bremen den mehrgliedrigen Laufroboter ‘Mantis’ entwickelt. ‘Mantis’ ist beweglich, handwerklich geschickt und kann seine Umgebung umfassend sensorisch wahrnehmen.

Er kann nicht nur steile Krater und Geröllfelder überwinden, sondern ist sogar in der Lage, mit seinen Vorderbeinen Infrastruktur auf fremden Planeten aufzubauen. Auf der Erde könnte der Roboter zum Beispiel bei Katastropheneinsätzen oder in industriellen Produktionsprozessen verwendet werden.

Der sechsbeinige Laufroboter wurde im Rahmen des kürzlich abgeschlossenen Projekts ‘Limes’ (Learning Intelligent Motions for Kinematically Complex Legged Robots for Exploration in Space), das über eine Laufzeit von vier Jahren vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR gefördert wurde, nach dem Vorbild einer Gottesanbeterin designt. Sein äußerst flexibler und adaptiver Bewegungsapparat ermöglicht ihm einen hohen Grad an Mobilität auf unebenen und unstrukturierten Oberflächen.

Die beiden vorderen Extremitäten, die mit Greifwerken ausgestattet sind, dienen ‘Mantis’ nicht nur zum Laufen, sondern auch zur präzisen Manipulation und Handhabung von Objekten. Der Roboter ist mit einer großen Anzahl unterschiedlicher Sensoren ausgestattet, die zur visuellen und taktilen Umgebungswahrnehmung dienen. Dadurch ist beispielsweise eine Analyse der jeweiligen Untergrundbeschaffenheit möglich.

Integrierte Verhaltensbibliothek

Die Bremer Wissenschaftler haben im Projekt ‘Limes’ unterschiedliche Bewegungsmuster mittels maschineller Lernverfahren generiert und optimiert, so dass dem Roboter eine Art Verhaltensbibliothek zur Verfügung steht. Diese kann er nutzen, um verschiedenartige Umgebungsformationen und Untergründe wie steile Abhänge oder Geröll sicher zu überqueren.

Basierend auf den Sensordaten wählt Mantis das in der jeweiligen Situation passende Laufmuster aus. Um ein erkanntes Hindernis zu überwinden, kann der Roboter beispielsweise mehrere Beine oder den ganzen Körper anheben.

Nach jeder Aktion bewertet der Roboter seine vorangegangene Entscheidung – etwa hinsichtlich des Energieverbrauchs. Auf diese Weise kann er sein künftiges Verhalten in ähnlichen Situationen entsprechend anpassen, und er baut seine Verhaltensbibliothek weiter aus.

Simulation unter außerirdischen Bedingungen

Noch vor der tatsächlichen Umsetzung in Hardware wurden die neuentwickelten Bewegungsmuster in Simulationen erprobt, die außerirdische Bedingungen wie Gravitation, Lichtverhältnisse oder Steigungen nachstellen.

In der 288 m² großen Weltraumexplorationshalle des DFKI konnten auf der künstlichen Kraterlandschaft die Laufmuster direkt am Robotersystem unter realitätsnahen Bedingungen getestet werden. ‘Mantis’ soll bei künftigen Raumfahrtmissionen vor allem in unebenem und schwer zugänglichem Gelände zum Einsatz kommen, zum Beispiel um Bodenproben zu entnehmen oder den Aufbau von Infrastruktur zu ermöglichen.