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AntBot: Autonomer Roboter findet ohne GPS nach Hause

Der AntBot navigiert autonom ohne GPS. Stattdessen wendet er Navigationstaktiken von Wüstenameisen an.

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(Bild: CNRS (Screenshot))

Forscher der französischen Aix-Marseille Université und des Centre national de la recherche scientifique (CNRS) haben einen sechsbeinigen Roboter entwickelt, der ohne Nutzung satellitengestützter Navigation auch unter widrigen Außenbedingungen seinen Weg zentimetergenau nach Hause findet. Die Forscher orientierten sich bei der Entwicklung des AntBot an den Navigationsfähigkeiten von Wüstenameisen.

Eine Ameise ist generell ein recht findiger Navigator. Sie hinterlegt eine chemische Spur, anhand der sie wieder zu ihrem Bau zurückfindet. Dabei spielt es keine Rolle, ob die chemischen Hinweise von ihr selbst oder einen ihrer Artgenossen stammen. In der Wüste funktioniert dieses Konzept allerdings nicht, denn die hohen Temperaturen löschen die Spuren recht schnell aus.

Deshalb nutzen Wüstenameisen wie beispielsweise Cataglyphis fortis und Melophorus bagoti ihre speziellen Sinne und kombinieren sie zu einer Strategie, um wieder zu ihrem Bau zurück zu gelangen: Zunächst nutzen sie über ihr auf den ultravioletten Bereich begrenztes Sehvermögen den Sonnenstand und Polarisationsmuster zur Orientierung. Zusätzlich erkennen sie grobe Strukturen in ihrer Umgebung und merken sich damit markante Punkte in der Landschaft. Außerdem "zählen" sie ihre zurückgelegten Schritte und erfassen, wie schnell der Boden unter ihnen vorbeiströmt. Aus der Kombination der verschiedenen Verfahren löst die Wüstenameise mit ihrem nur einige Tausend Neuronen umfassenden Gehirn die Navigationsaufgabe.

Die Forscher haben sich bei der Entwicklung des AntBot streng am Navigationskonzept der Wüstenameisen orientiert und dem sechsbeinigen Roboter in einer Größe von etwa 45 × 45 × 25 cm mehrere Sensoren spendiert, über die er seine Umgebung und seine eigenen Bewegungen wahrnehmen kann. Nach Angaben der Forscher sind das neben einen durch die Insekten inspirierten Himmelskompass mit UV-Lichtsensor und Polarisationsfilter, ein visueller M2Apix-Sensor und ein optischer Fluss-Sensor. Ein GPS-System ist ebenfalls an Bord, wird jedoch zur Navigation selbst nicht genutzt.

Die Auswertung der Sensoren und die Steuerung der Beinbewegung erfolgt über einen herkömmlichen Raspberry Pi 2B. Zur Anbindung der Sensorik benutzen die Wissenschaftler ein selbstentwickeltes Shield. Mit dem eingebauten 5300-mAh Akku agiert der 2,3 Kilogramm schwere AntBot 2,3 etwa 30 Minuten autonom. Ausdruckbare Vorlagen für die Kunstoffteile zum Aufbau des Körpers und der Beine stehen bei GitHub zum Dowload bereit.

(Bild: Julien Dupeyroux/CNRS)

In den Versuchsanordnungen haben die Forscher den AntBot auf einer Außenfläche von 6 × 6 Meter verschiedene Weglängen zurücklegen lassen und die Genauigkeit der Navigation durch Infrarotkameras überwacht. Bei Weglängen zwischen fünf und 14 Metern erzielte der Roboter eine Rückkehrgenauigkeit von rund 100 Prozent.

Autonom agierende Roboter wie der insektenähnliche AntBot könnten bei Katastrophen in unwegsamen oder gefährlichen Umgebungen eingesetzt werden, in denen kein GPS-Signal oder nur ein eingeschränktes Signal zur Verfügung steht. Der Roboter könnte dann nach erledigter Aufgabe wieder selbstständig zu seiner Basis zurückfinden. (olb)