Pneumatische Antriebe treiben Roboter auf Geparden-Geschwindigkeit an

Apr 03, 2024

slowmotiongli/iStock

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Vierbeinige Roboter erfreuen sich in den letzten Jahren aufgrund ihrer Vielseitigkeit und Agilität immer größerer Beliebtheit. Angetrieben von Elektromotoren können diese vierbeinigen Roboter eine präzise Steuerung und flinke Bewegung bieten. In den letzten Jahren kamen eine Reihe verbraucherorientierter Roboterhunde auf den Markt.

Eines können Elektromotoren jedoch nicht ganz erreichen: die Momentanleistung biologischer Muskeln.

Hier kommen hydraulische Aktuatoren ins Spiel, die es Robotern wie dem Atlas von Boston Dynamic ermöglichen, beeindruckende Leistungen wie Backflips zu vollbringen. Vor kurzem hat sich die African Robotics Unit der Universität Kapstadt in Südafrika jedoch einer traditionelleren Bewegungsmethode für ihre Roboter zugewandt: der Pneumatik.

Inspiriert von den blitzschnellen Bewegungen der Geparden haben Forscher das Potenzial der Pneumatik als Alternative zur Hydraulik erforscht. Durch die Verwendung von Gas als Arbeitsmedium anstelle einer Flüssigkeit bietet die Pneumatik ein hohes Kraft-Gewichts-Verhältnis in einer einfachen und kostengünstigen Form.

Die Pneumatik bietet auch eine eingebaute Nachgiebigkeit, die der Hydraulik fehlt. Obwohl die Pneumatik nicht einfach zu steuern ist, haben Forscher herausgefunden, dass eine komplizierte Steuerung möglicherweise nicht erforderlich ist, damit ein Roboter wie ein Gepard läuft.

Geparden sind die schnellsten Landtiere der Erde und für ihre Laufgeschwindigkeiten von 70 Meilen pro Stunde (113 Kilometer pro Stunde) in kurzen Stößen bekannt. Während dieses kurzen Beschleunigungsschubs können Geparden eine Strecke von etwa 460 Metern (1.509 Fuß) zurücklegen und benötigen nur 3 Sekunden, um ihre Höchstgeschwindigkeit zu erreichen.

Amir Patel, außerordentlicher Professor an der Universität Kapstadt, erklärt: „Wir argumentieren, dass eine feine Kraftkontrolle für eine schnelle Manövrierfähigkeit möglicherweise nicht erforderlich ist.“

Während die Hydraulik komplexer, teurer und im Falle einer Explosion unordentlicher ist, bietet die Pneumatik eine übersehene, aber leistungsstarke Alternative. Tiere, die eine explosive Bewegung ihrer Gliedmaßen benötigen, wie etwa Geparden, könnten eine Inspiration für die Nutzung des Potenzials der Pneumatik sein.

Patel und sein Team haben einen vierbeinigen Roboter namens Kemba gebaut, um die schnelle Beschleunigung und Manövrierfähigkeit zu erkunden, die Pneumatik bieten kann.

Sehen Sie sich Kemba unten in Aktion an:

Mit Unterstützung eines Auslegers kann der 7 Kilogramm schwere Kemba bei kontrollierten Landungen immer wieder auf eine Höhe von 0,5 Metern springen und eine maximale Sprunghöhe von 1 Meter erreichen.

Die Forschung konzentriert sich jedoch nicht nur auf die Sprunghöhe oder die Höchstgeschwindigkeit. Patel betont, dass sie sich auf die Übergangsphase der Fortbewegung konzentrieren, etwa das schnelle Beschleunigen aus dem Stillstand oder das Stillstehen bei einem Hochgeschwindigkeitsgang. Diese oft übersehene Bewegungsphase ist entscheidend für das Verständnis der vollen Fähigkeiten von Robotern mit Beinen.

Während Kemba derzeit angebunden ist und es Pläne für zukünftige Upgrades gibt, beispielsweise das Hinzufügen eines Rückgrats und eines Schwanzes, ist das Potenzial des pneumatischen Ansatzes vielversprechend.

Patel stellt sich vor, dass Kemba eine Plattform wird, die Biologen nutzen könnten, um die Biomechanik der Tierbewegung zu untersuchen. Die Senkung der Kosten für Roboter mit Beinen ist ein zusätzlicher Vorteil des pneumatischen Ansatzes, der Roboter mit Beinen schließlich einem breiteren Publikum zugänglicher machen könnte.

Während es noch ein langer Weg ist, bis Roboter auf Beinen die Fähigkeiten echter Geparden erreichen können, bietet die innovative Kombination aus Pneumatik und Elektromotoren neue Möglichkeiten für schnelle Beschleunigung und Manövrierfähigkeit.