Roboter lernen von dreibeinigen Hunden
Wissenschaftler von der Friedrich-Schiller-Universität Jena in Deutschland haben mithilfe von EU-Fördermitteln untersucht, wie sich beinamputierte Hunde fortbewegen, um Roboter zu entwickeln, die auch nach dem Verlust eines Bauteils voll funktionsfähig sind. Die EU unterstützte die Forschungsarbeiten über das LOCOMORPH-Projekt ("Robust robot locomotion and movements through morphology and morphosis'"), das von der Initiative "Embodied intelligence" unter dem Themenbereich "Informations- und Kommunikationstechnologien" (IKT) des Siebten Rahmenprogramms (RP7) mit 2,7 Mio. EUR finanziert wurde. Hunde sind für ihre Widerstandsfähigkeit bekannt, mit der sie lernen, sich nach dem Verlust eines Beines bewundernswert auf drei Beinen fortzubewegen. So wollten Forscher in Deutschland herausfinden, worin das Geheimnis dieser hilfreichen Fähigkeit liegt. Sie beobachteten Geh- und Lauftechniken bei Hunden mit einer Amputation eines Vorder- oder Hinterbeins und stellten fest, dass die Tiere unterschiedliche Bewältigungs- oder "Kompensationsstrategien" nutzten, um ihre Mobilität wiederzuerlangen, je nach dem, welches Bein fehlte. "Die natürliche Laufbewegung ist auf vier Beine ausgelegt", erklärte Martin Groß, leitender Wissenschaftler und Biologe an der Friedrich-Schiller-Universität Jena, "weshalb beinamputierte Tiere ihr Fortbewegungssystem komplett neu organisieren müssen." Dr. Groß und seine Kollegen konnten feststellen, dass sich Hunde mit einer Amputation des Hinterbeins einfacher an die neue Situation anpassen als Vorderbeinamputierte. Sie erklärten, dass die vorderen Beine nach dem Verlust eines Hinterbeins weiterhin so funktionierten, wie bei einem vierbeinigen Hund, und so wenig oder gar keine Kompensationsstrategien aufwiesen. Fehlte jedoch ein Vorderbein, wurden die verbleibenden Gliedmaßen gezwungen, sich sorgfältig anzupassen, um sich miteinander durch sogenannte "Gangkompensation" zu koordinieren, folgerten die Forscher. Sie vermuteten, dass der Unterschied auf die stärkere Belastung der vorderen Läufe im Vergleich zu den Hinterläufen wegen der Gewichtsverteilung des Hundes zurückzuführen ist. Um zu dieser Erkenntnis zu gelangen, haben die Wissenschaftler Hunde mit Vorder- und Hinterbeinamputationen analysiert, die für zwei Minuten beim Gehen und Laufen auf einem Laufband von 10 Hochgeschwindigkeits-Infrarotkameras beobachtet wurden. Sie befestigten Reflektoren an den Hunden, um die Bewegung der einzelnen Körperteile zu verfolgen, und erfassten die Bahnkurven dieser Bewegungen. Im nächsten Schritt wurden zwischen den Hunden mit unterschiedlichen Amputationen und auch mit der "normalen" Bewegung der vierbeinigen Hunde komplexe Vergleiche der Bewegungsmerkmale (auch Kinematik genannt) durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Studie wurden am 1. Juli 2010 auf der Internationalen Konferenz der Society for Experimental Biology in Prag in der Tschechischen Republik präsentiert. Aber die Wissenschaftler unterstrichen, dass ihre Forschungen weitergingen und sie hoffen, weitere Messungen zur Bestätigung ihrer Ergebnisse zu machen. Ihre Arbeit ist ein Ergebnis des vierjährigen EU-Projekts LOCOMORPH mit Biologen, Physikern und Ingenieuren von verschiedenen Institutionen, insbesondere von der Universität Zürich und der Ecole Polytechnique Fédérale Lausanne in der Schweiz, der Universität Syddansk in Dänemark, der Universität Antwerpen in Belgien und der Universität Ryerson in Kanada sowie von der Universität Jena. Seit Projektbeginn im Jahr 2009 bemühen sich die Wissenschaftler um Fortschritte für Antrieb und Bewegung von Robotern und wählten dafür einen multidisziplinären Ansatz unter Einbeziehung der Bereiche Biologie, Biomechanik, Neurowissenschaften, Robotik und "embodied intelligence". Die Forscher suchen nach Wegen, wie sich Effizienz, Robustheit und damit die Nutzbarkeit von Robotern in unbekannten Umgebungen steigern lassen. Künftige Arbeiten im Rahmen von LOCOMORPH zur Entwicklung eines besseren Verständnisses der lokomotorischen Aktivitäten werden sich mit freiwilligen und unfreiwilligen Veränderungen der Körperbewegungen bei einer Vielzahl unterschiedlicher Tiere befassen, von Eidechsen zu Okapis und von Pavianen bis zu den Menschen.
Länder
Deutschland