Der perfekte Nachahmer

Um herauszufinden, wie Wirbeltiere ihre Bewegungen über das Gehirn und Rückenmark steuern, baut Auke Ijspeert sie im Labor nach. Er bringt ihnen Schwimmen und Laufen bei.

«Die ersten Schritte eines Roboters sind sehr emotional», sagt Auke Ijspeert. Fotos: Sébastien Agnetti

«Die ersten Schritte eines Roboters sind sehr emotional», sagt Auke Ijspeert. Fotos: Sébastien Agnetti

Feedback

Tragen Sie mit Hinweisen zu diesem Artikel bei oder melden Sie uns Fehler.

Flink wie ein Salamander kriecht der Pleurobot mit seinem schmalen Körper und den kurzen Extremitäten auf dem rauen Untergrund vorwärts. Geschickt bewegt er dabei fast gleichzeitig Vorder- und Hinterbeine der jeweils gegenüberliegenden Seite. Sogar rückwärts ist der 1,50 Meter lange, im 3-D-Drucker designte Schwanzlurch recht schnell. Die gestoppte Zeit: zwei Meter in vier Sekunden.

«Nicht schlecht», freut sich Auke Ijspeert, der den Versuch mit dem neuen, ferngesteuerten Amphibienroboter im Labor beobachtet. Auf Röntgenvideos hat sein Team zuvor die Bewegungsmuster eines Spanischen Rippenmolchs, auch Pleurodeles waltl genannt, im Detail analysiert. Während der echte Salamander 40 Wirbel und einige frei rotierende Gelenke besitzt, besteht die Roboterwirbelsäule nur aus elf Elementen, die von Motoren betrieben werden. Die neue Kreation kann aber dennoch wie ihr Vorbild in der Natur im Wasser schwimmen und an Land auf allen vieren kriechen.

Der Pleurobot in Aktion. Videos: Biorob

Auf den ersten Blick sieht der neue Amphibienroboter aus wie eine nette Spielerei für grosse und kleine Kinder. «Obwohl wir natürlich auch Spass damit haben, geht es hier aber um Grundlagenforschung», erklärt Auke Ijspeert, der Leiter des Biorobotiklabors an der ETH Lausanne. In Pleurobot stecke viel Know-how und Hightech drin, um die Bewegung des Spanischen Rippenmolchs auch realitätsnah nachzuahmen. So arbeiten die neuronalen Netzwerke des künstlichen Rückenmarks ebenfalls relativ autonom, und einfache Befehle mit der Fernbedienung reichen aus, um die Schaltkreise zu regeln und verschiedene Bewegungsarten gezielt zu steuern. Bei schwacher Stimulation läuft das ­Robotertier im Kreuzgang los, ab einer gewissen Stärke des Signals beginnt es zu schwimmen.

Exotische Robotertiere

Unser Treffen findet im ersten Stock des futuristisch wirkenden ETH-Gebäudes statt, das durch seine dreidimensionale Zickzackfassade mit den horizontal verschiebbaren Elementen aus Metallgewebe auf dem Campus auffällt. Irgendwie passt der Bau zu Ijspeerts modernem Forschungszweig. Zusammen mit seinen Mitarbeitern hat der 45-jährige Physiker hier ganz unterschiedliche Robotertiere kreiert und inzwischen eine kleine Sammlung verschiedener Prototypen angehäuft – vom Salamander über ein Neunauge sowie einen Fisch bis hin zum Gepard.

«Je mehr ich mich mit Robotern beschäftige, umso mehr fasziniert mich die Natur», sagt der in Genf aufgewachsene Holländer, dessen Vater einst als Maschinenbauingenieur zum Cern ging und dort geblieben ist. «Wenn man sich mal vorstellt, dass wir allein zum Gehen schon über 200 Muskeln aktivieren. Oder dass unser Körper ohne weiteres verrückte Sachen machen kann, wie Rennen oder Tennisspielen, und wir dabei gar nicht darüber nachdenken müssen.» Es passiert einfach. Doch die Mechanismen, die dahinterstecken, sind äusserst kompliziert und raffiniert. Dies stellt er immer wieder fest, wenn es darum geht, die Fortbewegungsart einer bestimmten Tierart zu imitieren.

«Je mehr ich mich mit Robotern beschäftige, umso mehr fasziniert mich die Natur.»Auke Ijspeert

Hat er auch selbst Roboter zu Hause, die etwa staubsaugen oder für ihn aufräumen? «Nein», sagt Ijspeert und lacht. Aber seine zwei Töchter, 10 und 12 Jahre alt, hätten einen Hunderoboter. Allerdings keinen aus seinem Labor. Seine Roboter seien ja auch kein Spielzeug, betont er, sondern unter anderem dafür da, um an besonders gefährliche Orte zu gelangen – etwa in ein nach einem Tsunami einsturzgefährdetes Haus oder in eine radioaktiv verseuchte Gegend. In solchen Fällen könnten die an Land und Wasser adaptierten Roboter in Zukunft ein Rettungsteam effizient unterstützen und rasch zusätzliche Informationen zur Einschätzung der Katastrophe sammeln.

Seit mehr als 20 Jahren erforscht Ijspeert die neuronalen Netzwerke, die für die Bewegungssteuerung bei Tieren zuständig sind. Am Anfang standen vor allem Simulationen am Computer, heute baut er Roboter. Zum Beispiel das Neunauge, das für seine schlängelnde Fortbewegung im Fluss und im Meer bekannt ist. «Es ist ein aalförmiges, kieferloses Rundmaul, das zu einer der ältesten und primitivsten lebenden Wirbeltierfamilien gehört», sagt der Forscher. Ein Parasit, der Blut saugt.

Der Amphibot schwimmt mit einem Menschen um die Wette.

Anders jedoch die technische Variante aus seinem Labor. Obwohl der bläulich transparente, batteriebetriebene Prototyp eher den Charme eines Modells aus der Legokiste hat, bewegt er sich im Wasser elegant wie das Original. In ein paar Monaten soll er bereits zum Einsatz kommen, um etwa Schadstoffe in einem Gewässer aufzuspüren. Der Vorteil sei, sagt Ijspeert, dass der schwimmende Neunaugen-Roboter klein und praktisch sei, in den Rucksack passe und im Gegensatz etwa zu einem Boot wenig Turbulenzen an der Oberfläche verursache. Dadurch vermischen sich die zu untersuchenden Chemikalien praktisch nicht mit dem noch sauberen Wasser.

«Wie ein Baby, das plötzlich geht»

Ist Ijspeert immer noch aufgeregt und begeistert, wenn ein Roboter seine ersten Schritte oder Schwimmzüge macht? «Ja, weil viel Forschungsarbeit dahintersteckt und es zudem ein sehr emotionaler Moment ist. Auf einmal bewegt sich das Ding. Ein bisschen vergleichbar mit einem Baby, das plötzlich auf zwei Beinen steht und läuft.» ­Inzwischen stosse er aber nicht mehr auf jede Veröffentlichung in einer Fachzeitschrift mit seinem Team an und mache eine Flasche auf. Denn es seien mittlerweile zu viele Publikationen. Und man müsse ja auch noch forschen, fügt der Wissenschaftler schmunzelnd hinzu.

Müssen Menschen sich fürchten, dass Roboter bald ihre Arbeit übernehmen? Ijspeert denkt, dass dies in manchen Bereichen wohl der Fall sein wird, dass aber dadurch auch neue Jobs geschaffen werden – vergleichbar mit der Einführung des Computers im Berufsleben. So könnten Roboter etwa Arbeiten erledigen, die für Menschen zu langweilig, zu schwierig, zu gefährlich oder zu anstrengend sind. «Meine Mutter war als Krankenschwester ­tätig», sagt Ijspeert. «Es wäre gut gewesen, wenn ein Roboter für sie die Patienten aus dem Bett ­gehoben hätte.» Doch bei sozialen Interaktionen würden Roboter nie Menschen ersetzen können.

Und beim Militär? «Da ich von Natur aus Pazifist bin, sehe ich den Einsatz von Drohnen und Robotern im Krieg als etwas sehr Negatives an», sagt ­Ijspeert. Das Schlachtfeld verkomme zu einem ­Videogame, und die Asymmetrie zwischen reichen und armen Ländern werde dadurch noch grösser. Er sei froh, dass er in Europa forsche. Denn in den USA sei in seiner Branche fast alles vom Militär ­finanziert, was ethisch sehr bedenklich sei.

Erstellt: 11.11.2016, 16:29 Uhr

Gepardenbaby mit cleverer Mechanik.

Video

Gassi gehen mit Gepard.

Video

Salamandra Robotica landet.

Artikel zum Thema

Roboter trainiert Tischtennis-Profis

Video Der weltweit erste Tischtennis-Roboter könnte das Training revolutionieren. Er analysiert das Level seines Gegners und spielt Bälle so, dass diese ihre Fähigkeiten verbessern können. Mehr...

Der geschwätzige Mini-Roboter

Video Er ist süss und versteht anscheinend Menschen: Der Roboter Kirobo Mini. Mehr...

Dossiers

Die Redaktion auf Twitter

Stets informiert und aktuell. Folgen Sie uns auf dem Kurznachrichtendienst.

Kommentare

Blogs

Von Kopf bis Fuss 50 und plötzlich Pölsterchen?

Mamablog Und wer ist Ihr Technikdepp?

Die Welt in Bildern

Im Wiederaufbau: Das Sonnenlicht am frühen Morgen scheint auf die Kathedrale Notre-Dame in Paris. (16. September 2019)
(Bild: Ian Langsdon) Mehr...