Bessere Reaktion auf Schäden dank Modellierung der eigenen Körperstruktur

H. W. Verletzt sich ein Hund an der Pfote, kann er sich dennoch weiter fortbewegen – hinkend. Ganz anders ein Roboter: Ändert sich seine Konfiguration, etwa wenn er unverhofft ein Bein verliert, so bedeutet das meist das Ende seiner Reise. Er ist im Allgemeinen nämlich nicht in der Lage, sein Verhalten darauf einzustellen. Forschern der Cornell University in Ithaca, New York, und der University of Vermont in Burlington ist es nun aber gelungen, einen vierbeinigen Roboter so zu programmieren, dass er den Verlust eines Stücks Bein durch eine Veränderung seines Gangs kompensieren kann.1 Solch robuste Roboter wären insbesondere in der Raumfahrt von Vorteil.

Im Experiment statteten die Forscher ihren Roboter mit der Fähigkeit aus, anhand von sensorischen Daten autonom ein Modell seiner eigenen Morphologie zu entwickeln. Im Detail läuft das wie folgt ab: Zu Beginn bewegt sich der Roboter willkürlich auf einer Oberfläche. Über Sensoren an den Beingelenken, die Winkel und Neigungen messen, erhält er eine Rückmeldung darüber, wie er mit der Umwelt interagiert. Danach erstellt der Roboter nach gewissen Vorgaben verschiedene Modelle seines Körpers (zum Beispiel eines mit drei Beinen oder eines mit vier Beinen, wobei die Beine an unterschiedlichen Stellen befestigt sein können) und testet sie, indem er sie mit dem sensorischen Input vergleicht. Um zwischen konkurrierenden Modellen auszuwählen, vollführt der Roboter anschließend eine Bewegung, die ihn eines oder mehrere Modelle ausschließen lässt.

Nachdem er diesen Ablauf mehrmals wiederholt hat, legt sich der Roboter auf das am besten passende Morphologie-Modell fest und leitet daraus ab, mit welcher Bewegung er am weitesten vorwärts kommt. Diese Bewegung führt er dann aus. Die zurückgelegte Distanz ist also ein Maß dafür, wie gut das Selbstbild des Roboters mit der Wirklichkeit übereinstimmt.

Im Experiment kam der so programmierte Roboter tatsächlich deutlich schneller vorwärts als einer, der zufällig irgendeine Bewegung ausführte oder zufällig ein Morphologie-Modell wählte. Und wenn die Forscher dem Roboter einen Teil eines Beins abnahmen, so wurde er dadurch nicht lahm gelegt, sondern passte seinen Gang an und lief «hinkend» weiter. Es sei also vorstellbar, so schreiben die Forscher, dass zukünftige Maschinen mittels ähnlicher Algorithmen kontinuierlich jede Veränderung ihrer Form oder ihres Umfelds erfassen könnten – um sich im Notfall selbst zu helfen.

Quelle: 22. November 2006, Neue Zürcher Zeitung.
Science 314, 1118-1121; 1093/1094 (2006).