Festo: Ameisenroboter krabbeln koordiniert

Nach dem Fliegen und Hüpfen ist dieses Jahr das Krabbeln dran: Das Esslinger Unternehmen Festo stellt auf der Hannover Messe Roboter in Form von Ameisen vor (Halle 15, Stand D07). Anhand dieser Roboter will Festo Schwarmverhalten zeigen, das dezentral koordiniert wird.

Bionic Ants heißen die knapp 14 Zentimeter großen Roboter. Wie ihr natürliches Vorbild bewegen sie sich auf sechs Beinen fort. Angetrieben werden sie nicht von Motoren. Um die Ameisen so filigran bauen zu können, haben die Entwickler Piezoelemente als Aktoren verbaut.

Aktoren biegen sich unter Spannung

"Das sind Keramiken, die auch auf einer Karbonplatte aufgebracht werden", sagt Projektleiter Elias Knubben im Gespräch mit Golem.de. "Bei einer Spannung von 300 Volt entsteht eine ganz leichte Biegung. Diese Biegung können wir mit entsprechenden Hebelübersetzungen nutzen, um uns fortzubewegen." Neben den Beinen werden auch die Mundwerkzeuge, die Mandibeln, von Piezoelementen bewegt.

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Bionic Ant ist ein von Festo entwickelter Roboter nach dem Vorbild einer Ameise. (Foto: Werner Pluta/Golem.de)

Das Biotop auf dem Messestand ist ein großes Spielfeld, das von einer gemusterten Bande begrenzt wird. Einige der Ameisen stehen am Rand und berühren mit ihren Fühlern einen umlaufenden Draht: Sie laden gerade ihren Akku. Andere Ameisenroboter trippeln über die Anlage und suchen nach einem der 3D-gedruckten Objekte darauf. Trifft einer der Roboter auf ein solches Objekt, beginnt er, es vor sich her zu schieben. Ist das Objekt zu schwer, um es allein zu bewegen, ruft er andere Roboter herbei, die ihm helfen sollen.

Roboameisen kommunizieren per Funk

Per Funk teile die Roboameise den anderen ihre Position mit, dass sie dort eine Last gefunden habe und Hilfe benötige, um sie an einen Ort zu verschieben, erklärt Knubben. Dazu ist es zunächst wichtig, dass sie weiß, wo auf dem Feld sie sich gerade befindet. Dafür ist sie mit verschiedenen Sensoren ausgestattet, die zusammenarbeiten.

In ihrem Kopf steckt eine Stereokamera, die dreidimensionale Bilder aufnimmt. Der Roboter orientiert sich an der Bande, die Muster dienen als Referenz. Ihre Bewegungen auf dem Untergrund erfasst sie mit einem optischen Sensor am Bauch - die Funktionsweise ähnelt der einer optischen Maus. Hinzu kommen schließlich ein Kompass und ein Magnetometer. "Aus dem Zusammenspiel dieser Sensorik kann man einigermaßen gut erkennen, wo man sich befindet", sagt Knubben. "Wenn man die Positionen der einzelnen Ameisen kennt, kann man auch berechnen, wie sie sich zueinander bewegen müssen."

Daten werden auf dem Roboter verarbeitet

Die Ameisen werden nicht ferngesteuert, sondern kommunizieren und agieren autonom. Die Datenverarbeitung geschieht auf dem Roboter selbst. Um all diese Funktionen durchzuführen zu können, sei viel Intelligenz auf engem Raum notwendig, sagt Knubben. Dazu gehören ein Cortex-M4-Prozessor und ein Funkmodul. Ein Lithium-Polymer-Akku im mittleren Körpersegment versorgt den Roboter mit Energie.

Anders als bei früheren Robotern, etwa dem 2014 präsentierten Känguru ist das alles nicht unter einer Außenhaut versteckt. Die Elektronik sitzt auf dem Rücken, ist also sichtbar: der Prozessor, die Ladeschaltung, die Leiterbahnen.

Leiterbahnen verlaufen auf dem Körper

Letztere sind besonders auffällig, da sie über den ganzen Körper laufen. Über die Leiterbahnen werden Steuersignale und Spannung an Aktoren übertragen. Dass die Elektronik offenliegt - die goldenen Leiterbahnen stellen einen schönen Kontrast zum schwarzen Körper dar -, trägt neben der filigranen Gestalt zum schicken Aussehen der Roboter bei.

Beim Bau des Körpers hat Festo zwei Fertigungstechniken kombiniert.