Rocr geht die Wände hoch

Roboter sind meist hoch komplexe technische Apparaturen. Dass es auch anders geht, zeigt William Provancher von der Universität des US-Bundesstaates Utah in Salt Lake City. Sein Kletterroboter Rocr besteht aus einem Metallgestell mit zwei hakenartigen Krallen, einem Motor und einem Pendel. Damit hangelt sich Rocr an vertikalen Oberflächen nach oben.

Pendel als Antrieb

Angetrieben wird der Roboter von einem Pendel. Wenn es ausschlägt, wird der Körper des Roboters an einer Seite nach oben bewegt, und die Kralle greift. Dann schlägt das Pendel in die andere Richtung aus, und der Vorgang wiederholt sich. Einzige Bedingung: Die Wand darf nicht glatt sein, sonst finden die Klauen keinen Halt. Die Forscher haben sie deshalb mit einem Teppich bespannt.

Provanchers Ziel war es, einen Roboter zu entwickeln, der möglichst effizient klettert. Als natürliches Vorbild dienten dabei Bergsteiger, die sich eine Wand hochhangeln oder Menschenaffen, die sich von Ast zu Ast schwingen. Diesen Mechanismus haben die Entwickler mit dem Pendel aus Großvaters Standuhr kombiniert. Beide Mechanismen seien sehr effizient, sagen die Forscher. Das Ergebnis kann sich sehen lassen: Um eine 2,4 Meter hohe Wand - also normale Zimmerhöhe - hochzuklettern, braucht der Roboter 15,6 Sekunden.

Stabilisator hält Rocr an der Wand

Rocr ist etwa 31 Zentimeter breit, 46 Zentimeter lang und 540 Gramm schwer. Der Körper ist eine Metallstrebe, auf die der Motor und die beiden Krallen montiert sind und an der das Pendel befestigt ist. Unter dem geraden Metallstreifen befindet sich ein zweiter, gekrümmter. Er dient als Stabilisator. Ohne diesen fiel Rocr auch gern mal von der Wand. Am Ende des Pendels befinden sich die Akkus als Pendelmasse. Daneben verfügt Rocr über einen Mikrocomputer, Sensoren und eine Leistungselektronik, die dafür sorgen, die Pendelbewegungen und damit das Klettern zu steuern.

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Kletterroboter Rocr (Foto: Mark Fehlberg/ University of Utah)

Kletterroboter sind nichts Außergewöhnliches. Bisher aber, sagt Provancher, hätten sich die Entwickler vor allem darauf konzentriert, dass die Roboter nicht herunterfallen. Effizienz sei weniger wichtig gewesen. Darauf aber hätten sein Team und er sich konzentriert. Laut Provancher ist bisher nur ein Roboter schneller geklettert als Rocr. Der habe aber die bislang beste Energieeffizienz: Diese liegt bei 20 Prozent, das bedeutet, 20 Prozent der elektrischen Energie, die den Motor antreibt, wird in Klettern umgesetzt.

Simulation am Computer

Provancher und sein Team wollen in Kürze ihre Ergebnisse mit dem Rocr in Transactions on Mechatronics beschreiben, einer Onlinefachpublikation, die von den Ingenieursverbänden Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) und American Society of Mechanical Engineers (ASME) herausgegeben wird. Darin hatte er vor zwei Jahren das Konzept des Rocr sowie Simulationen am Computer, die der Konstruktion des Roboters vorausgingen, beschrieben.

Die Forscher experimentierten mit verschiedenen Parametern, um die Effizienz des Rocr zu erhöhen. Dabei fanden sie beispielsweise heraus, dass die Pendelfrequenz nicht beliebig erhöht werden kann. Bei zwei Ausschlägen in der Sekunde flog der Roboter von der Wand. Die größte Effizienz erreichte er bei einer Pendelfrequenz von 1,125 Schlägen pro Sekunde, einem Ausschlag von 120 Grad, also 60 Grad nach jeder Seite, sowie einem Klauenabstand von 12,4 Zentimetern.

Rocr könnte in Zukunft zum Beispiel für die Inspektion, Instandhaltung oder zur Überwachung eingesetzt werden, erklärt Provancher, gibt aber zu, für den Augenblick sei es vor allem "ein Instrument für die Lehre und ein wirklich cooles Spielzeug".