September 22, 2021

Wüstenameise dient in Bocholt als Vorbild für Laufroboter

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Die in Deutschland heimischen Ameisen haben’s leicht: Sie nutzen Ameisenstraßen zur Orientierung wie Menschen Landstraßen nutzen, um zum Ziel und wieder nach Hause zu finden. Die Wüstenameise Cataglyphis fortis steht dagegen vor viel größeren Problemen, um sich zu orientieren: In den ausgetrockneten tunesischen Salzseen gibt es keine sichtbaren Landmarken für sie. Ebenso wenig kann sie sich am Duft von vorauseilenden Artgenossen auf demselben Weg zur Futterstelle oder zurück zum Nest ausrichten, da Duftstoffe in der Wüste verdunsten.

Die Ameise ist auf sich allein gestellt. „Dass sie trotzdem ihr Nest auch nach ausgedehnten Futtersuchen wiederfindet, hat uns in der Bionik neugierig gemacht“, erzählt Dr. Barbara Schlögl, die in ihrer Doktorarbeit an der Hochschulabteilung Bocholt das Orientierungsvermögen der Ameise für Laufroboter nachgebaut hat. Die Ameise, das wusste die Forschung bereits, nutzt die Sonne zur Richtungsbestimmung und ihre Beine zur Entfernungs- und Neigungsbestimmung. Daraus ermittelt sie den kürzesten Weg zurück zum Nest. Barbara Schlögl hat technisch nachgewiesen, dass dafür das Messen von Beinkräften ausreichend ist, indem die Ameise den Winkel ihrer sechs Beine zum Untergrund und damit die Kraft, die sie beim Laufen aufbringen muss, speichert. Schlögl hat herausgefunden, dass Roboter dieses Wirksystem nachahmen können, indem sie mit künstlicher Intelligenz aus dem Drehmoment in ihren Maschinenbeingelenken den Untergrundneigungswinkel ermitteln. Schlögl: „Damit ist die Navigation ohne externe Hilfsmittel möglich.“ Zunächst probierte die Doktorandin das an einem einbeinigen Prototyp, später übertrug sie ihre Forschungsergebnisse auf einen handelsüblichen sechsbeinigen Laufroboter. Ergebnis: Es geht.

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Prof. Dr. Tobias Seidl, Sprecher des Bionik-Instituts, ist begeistert: „Die von Barbara Schlögl vorgestellte Methode ist ein wunderbares Beispiel dafür, wie wir von der Natur lernen können, um deren in Jahrtausenden der Evolution entwickelte Methoden in Technik und Maschinenbau nutzen zu können. Technisch besonders elegant ist, dass der Roboter dabei keine zusätzliche Hardware benötigt. Insgesamt verdiente das zu Recht den Doktorgrad in den Ingenieurwissenschaften.“

Die Doktorarbeit erfolgte in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Dieter Schramm vom Lehrstuhl für Mechatronik der Universität Duisburg-Essen als Erstprüfer und Doktorvater sowie Prof. Dr. Tobias Seidl als Zweitprüfer.

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