Laufen, Springen, Tanzen: Simulation macht Roboter Beine

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Byrun, der Roboter, der laufen, springen und hüpfen kann, entsteht mit Hilfe von MapleSim-Modellen: Im Kino können Roboter laufen, sprechen und fast so agieren wie ein Mensch. Ihre Kollegen im echten Leben sind noch nicht ganz so weit. Aber die Lücke schließt sich.

Engineered Arts, ein Robotik-Unternehmen in Großbritannien, arbeitet daran, die Fiktion zur Realität zu machen. Das aktuelle Spitzenprodukt von Engineered Arts ist RoboThespian, der schauspielernde Roboter. RoboThespian ist ein lebensgroßer Humanoid, dessen Aufbau der menschlichen Anatomie abgeschaut ist.

Er wird von Forschungs- und Lehrinstitutionen auf der ganzen Welt eingesetzt, um zu informieren, zu unterhalten und neue Entwicklungen in der Robotik zu untersuchen. Institutionen in über 20 Ländern setzen RoboThespian täglich ein. Dazu gehören das NASA Kennedy Space Center (USA), das Planetarium in Gazientep (Türkei), das Questacon Science Centre (Australien) sowie zahlreiche Universitäten weltweit. Bei der Entwicklung und Modellierung des balancierenden und sprechenden Roboters RoboThespian ist Technologie von Maplesoft eingesetzt worden. So wurde MapleSim dazu verwendet, das humanoide Roboterbein mit einem neuen Aktuator zu entwickeln, seine statische und dynamische Stabilität zu untersuchen und das entwickelte Bein zu bauen, um Strategien zu seiner Steuerung zu bestimmen. Doch bei all seiner Sprachgewandtheit ist der RoboThespian eher unbeweglich. Auch wenn seine Beine mit Aktuatoren ausgestattet sind, kann er gerade einmal hocken und stehen, aber seinen Standort nicht verlassen.

Auftritt für Byrun, das neuste Projekt von Engineered Arts. Die Entwickler und Konstrukteure von Byrun haben mit Hilfe von MapleSim ein zur menschlichen Anatomie analoges Bein geschaffen, das Byrun die Fähigkeit geben wird, zu gehen, zu laufen, zu springen und zu hüpfen. Byrun wird ein lebensgroßer dynamischer Humanoid einer neuen Art, der die soziale Robotik auf die nächste Stufe führen wird. Byrun verfügt über einen schnelleren, stärkeren und gewandteren Oberkörper, er beherrscht eine praktisch unbegrenzte Anzahl von Gesichtsausdrücken (dank des Projektions-Kopfdisplays) und er kann genauso sprechen und singen wie sein Vorläufer RoboThespian. Er verfügt jedoch über das Potenzial, die Interaktion zwischen Mensch und Roboter zu revolutionieren.

Guillaume Hirohide Sasagawa, Ingenieur bei Engineered Arts, formuliert es so: „Bei Byrun wollen wir der mechanischen Konstruktion eine menschenähnlichere Dynamik verleihen. Durch den vom Menschen inspirierten Ansatz auf der Hardwareebene wird es möglich, ihn ohne die typischen steifen Roboterbewegungen gehen, laufen und springen zu lassen.“ MapleSim hat den Ingenieuren bei der Entwicklung von Byrun mit der Simulation komplexer, nicht-linearer nachgiebiger Komponenten, zum Beispiel seinen pneumatischen Muskeln und den parallel dazu angeordneten Federn, geholfen. Diese Kombination wird für eine im Interesse der Sicherheit erforderliche Nachgiebigkeit, Stoßdämpfung, höhere Energieeffizienz und menschenähnlichere, flüssigere Bewegungen eingesetzt.

Engineered Arts ist spezialisiert auf unkonventionelle Antriebslösungen, die genau für die jeweilige Anwendung ausgewählt werden. Motoren sind schnell und präzise, aber ineffizient und unelastisch. Pneumatische Aktuatoren sind hingegen leistungsfähig und energieeffizient, aber schwerer zu steuern. Die  Roboter wie Byrun setzen sowohl bei der Entwicklung humanoider als auch allgemeiner Roboter neue Maßstäbe.

„Um seine Entwicklungskosten wert zu sein, muss dieser Roboter Dinge können, die man so noch nie gesehen hat. Wenn er nur 10% so gut laufen kann wie John Travolta, tanzen wie Margot Fonteyn und lächeln wie Julia Roberts, dann haben wir gewonnen“, verriet William Jackson, Direktor von Engineered Arts, den Medien. „Das zu erreichen, ist eine ungeheure Aufgabe. Wir erstellen nicht nur ein aufregendes Stück Hardware, sondern eine hervorragende Entwicklungsplattform, auf die andere aufbauen können.

Wenn Byrun seinen nächsten Schritt macht, dann tun wir das auch.“ Maplesoft Engineering Solutions wird weiterhin jeden Schritt dieses revolutionären Teams von Robotik-Ingenieuren begleiten.

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Leuze ist erst seit Oktober 2016 Vollmitglied der OPC Foundation und hat nun Ende November auf der SPS IPC Drives in Nürnberg über die Hintergründe dieser Strategie gesprochen. Das Unternehmen sehe OPC UA als zukünftigen Standard in der M2M-Datenkommunikation für Industrie 4.0 und verwendet den OPC-Stack für seine Industrie 4.0-tauglichen Sensoren.

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