Ein Forschungsteam des Shenzen Institute of Artificial Intelligence and Robotics for Society (AIRS) und das Stevens Institute of Technology haben gemeinsam einen vierbeinigen Roboter entwickelt, der über das Wasser laufen, Ertrinkende aufspüren und sie retten kann. Der als QuadBoat bezeichnete Roboter nutzt dazu bootartige Füße.

QuadBoat orientiert sich an Jagdspinnen (auch Fischerspinnen), die mit ihren acht Beinen über die Wasseroberflächen von Teichen, Seen und langsam fließenden Gewässern laufen können. Die Spinnentiere nutzen dabei die Oberflächenspannung des Wassers aus und verteilen ihr Körpergewicht über ihre langen, wasserabweisenden Beine auf das Wasser, um nicht unterzugehen.

Der QuadBoat-Roboter nutzt dagegen ein anderes Prinzip. Er besteht aus einem zentralen Körper und hat lediglich vier Beine, an dessen Enden sich bootsförmige Füße befinden. Sie sorgen für den nötigen Auftrieb, damit sich der Roboter über Wasser halten kann, wie die Wissenschaftler in der Studie „Design and Control of the "QuadBoat": A Quadruped Surface Vehicle for Drowning Rescue“ (PDF) schreiben, die im Preprint auf Arxiv erschienen ist. Die Beine können einzeln elektromotorisch bewegt werden. Unter den Füßen befindet sich jeweils ein elektrischer Propellerantrieb, um nicht nur über das Wasser laufen zu können, sondern auch auf der Stelle manövrieren zu können und dem Roboter Stabilität zu geben. Der Antrieb ist so geschützt, dass der Roboter auch an Land laufen kann.

Mit vier Beinen übers Wasser

Für die Koordination der Beine sorgt eine inverse Kinematik. Mit ihr kann der Roboter seine Haltung anpassen und sich in verschiedene Richtungen bewegen. Um QuadBoat lenken und stabilisieren zu können, entwickelten die Forscher ein Steuerungssystem, das eine kaskadierte modellprädiktive Regelung (Model Predictive Control– MPC) mit einem PID-Regler (Proportional Integral Differential – PID) kombiniert. Der Roboter ist durch seine aktiv anpassbare Körperhaltung präzise auf dem Wasser steuerbar und bewegt sich äußerst agil. Das erlaubt es ihm, Objekte im Wasser präzise ansteuern zu können.

Das Forschungsteam testete den Roboter in einem Schwimmbecken und ließ ihn vorab geplante Routen abfahren und verschiedene Bewegungsmanöver durchführen, um zu testen, wie präzise das möglich ist. Zusätzlich evaluierten die Wissenschaftler, inwieweit der Roboter in der Lage ist, Objekte auf dem Wasser visuell zu erkennen, zu verfolgen und anzusteuern. Die Erprobungen wurden zusätzlich im Freiwasser durchgeführt, um den Roboter unter möglichst realistischen Einsatzbedingungen zu testen. Denn der Roboter kann schwimmende Ziele nicht nur erkennen und verfolgen, sondern sie auch bergen, wie etwa Ertrinkende. QuadBoat soll hier eine Lücke zu autonomen Rettungsbooten schließen, die zwar ebenfalls Ertrinkende lokalisieren und an sie dicht heran manövrieren können, aber nicht in der Lage sind, sie zu bergen.

Die bisherigen Versuche fanden allerdings unter kontrollierten Bedingungen statt. Weitere Tests müssen folgen, um die Einsatzbereitschaft des Roboters bei Rettungseinsätzen in der Praxis zu belegen. Dann muss der Roboter auch bei höherem Wellengang, Strömungen und bei widrigem Wetter zeigen, inwieweit er bei Such- und Rettungsmissionen eingesetzt werden kann.

(olb)