Roboter navigiert mit „Ameisen-Navi“

| |
1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars

Für viele ist GPS (Global Positioning System) das Synonym für Navigation. Dabei führen auch andere, verblüffende Orientierungsmethoden ziemlich effektiv zum Ziel.

Ob Hund, Qualle, Spinne, Libelle oder Affe – Tiervorbilder haben es Roboter-Forschern angetan. Das ist nicht neu. Schon Leonardo da Vinci wollte sich vogelgleich in die Lüfte erheben. Dagegen interessiert die Robotiker der Aix-Marseille Universität nicht nur die Fortbewegungart ihrer biologischen Blaupause. Zwar kann auch der „AntBot“ seine oberflächliche Verwandtschaft zur Wüstenameise nicht verbergen. Das Spannende aber ist unsichtbar. Während sich herkömmliche „Blechkameraden“ mit Hilfe von globalen Navigationssatelliten­systemen (GNSS) wie GPS orientieren, greift die Roboter-Ameise aus Frankreich wie ihr lebendes Vorbild dafür auf das Sonnenlicht und einen Schrittzähler zurück.

Das Prinzip ist einfach: Lichtwellen sind elektromagnetische Wellen mit ursprünglich räumlich zufällig verteilten Schwingungsrichtungen. Werden sie reflektiert, gebrochen oder schickt man sie durch einen Polarisationsfilter, schwingen sie plötzlich nur in einer Ebene – sind also polarisiert. Gleiches geschieht, wenn das Licht durch die Erdatmosphäre tritt.

Dieses für Menschen unsichtbare Polarisationsmuster machen sich Bienen, Heuschrecken und eben auch Wüstenameisen für die Navigation zunutze. Und das hocheffizient. Hat die Wüstenameise dafür doch nur wenige tausend Neuronen zur Verfügung. Damit erfasst sie die Ausrichtung der elektromagnetischen Sonnenlichtstrahlen, die Position der Sonne, die eigene Schrittzahl und ihre Geschwindigkeit über dem Wüstenboden.

Während Menschen – zumindest in Hollywood-Filmen – gerne in der Wüste im Kreis laufen, finden die Wüstenameisen so über Hunderte von Metern durch strukturloses Gelände problemlos den kürzesten Weg zurück zum Nest.

Roboter-Ameise mit Himmelskompass

Die Forscher übertrugen dieses Navigationsmodell auf einen sechsbeinigen, 2,3 Kilo schweren Roboter mit Sensoren für UV-Licht, für die Rate, mit der sich der Boden am Auge vorbei bewegt (optische Fluss-Messung) und für die Polarisierung des Sonnenlichts. Dazu kam ein Schrittzähler und Informationen zum Verlauf der Sonne in den entsprechenden Breitengraden.

Damit sollte der AntBot seinen Weg „nach Hause“ finden. Vorher wurde er kreuz und quer durch ein Experimentiergelände geschickt. Den Rückweg absolvierte er dann unabhängig von den Wetterbedingungen ohne Probleme. Und das so treffsicher wie deutlich aufwändigere und teurere Systeme.

Die Navigation etwa für Containerschiffe, Lieferdrohnen oder auch für Autos könnte mit dem zusätzlichen „Himmelskompass“ verbessert werden. Denn schon der einfache AntBot arbeitet genauer, als die nicht-militärische GPS-Version. Allerdings braucht er ein Stück freien Himmel und Tageslicht. Theoretisch würde selbst Mondlicht reichen. Dann aber mit empfindlicheren Sensoren, die es derzeit noch nicht gibt.

Die Studie

„AntBot: A six-legged walking robot able to home like desert ants in outdoor environments“, Science Robotics, 14.2.2019.

 

 

 

 

 

Roboter-Ameise (Bild: Julien Dupeyroux, CNRS/AMU).

Roboter-Ameise mit einem Sinn für polarisiertes Licht. (Bild: Julien Dupeyroux, CNRS/AMU).