Harvard-Forschern vom Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering (Wyss) ist die Entwicklung von Roboterfischen gelungen, die ihre Bewegungen gänzlich ohne externe Kontrolle synchronisieren können. Die autonomen Roboterfische namens „Bluebots“ werden mit 3D-Druckern hergestellt, können schwimmen wie echte Fische und sich zu Schwärmen sammeln. Das Projekt dient den Forschungen im Bereich des autonomen Fahrens und der Weltraumforschung.

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Die Forscher des Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering (Wyss) der Harvard University und der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) haben einen intelligenten Schwarm von 3D-gedruckten Roboterfischen geschaffen, die ähnlich wie echte Fische schwimmen und sich zu Schwärmen bilden. Das Projekt bietet vielversprechende Einblicke, die im Bereich von selbstfahrenden Fahrzeugen oder etwa der Weltraumforschung zu Verbesserungen führen können, zeigt das SEAS in dem unten verlinktem Video auf Youtube.

Die 3D-gedruckten Roboter (im Projekt als „Bluebots“ bezeichnet) können ihre Bewegungen synchronisieren, um ohne jegliche externe Kontrolle in einem Schwarm zu schwimmen. Die Untersuchungen der beiden Hochschulen wurden diesen Monat in Science Robotics veröffentlicht.

Autonome Navigation der Roboter

Autonome Roboterfische
Die autonomen Roboterfische können sich selbstständig Schwärmen bilden. Hergestellt werden sie mit 3D-Druckern (Bild © Screenshot: 3D-grenzenlos Magazin; Videoquelle: Youtube/Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences)

Jeder Roboterfisch ist mit zwei Weitwinkelkameras für die Augen ausgestattet, durch welche er navigiert, indem er die LED-Lichter anderer Bluebots verfolgt. Dank dem integrierten Raspberry Pi-Computer und basierend auf den beobachteten Signalen reagiert jeder Roboter mit einem benutzerdefinierten Algorithmus, um die Richtung und Entfernung zu messen bzw. den Kurs zu setzen.

Florian Berlinger, Erstautor des Forschungspapiers und Doktorand bei Wyss und SEAS erklärte in einer Pressemitteilung, dass jeder Bluebot implizit auf die Positionen seiner Nachbarn reagiert: „Wenn sich die Roboter aggregieren sollen, berechnet jeder Bluebot die Position zum nächsten und bewegt sich in Richtung Zentrum dieser Positionen. Wollen wir aber, dass die Roboterfische im Kreis schwimmen, können wir sie so programmieren, dass sie den Lichtern bzw. anderen Bluebots vor ihnen im Uhrzeigersinn folgen.“

Synchrone Bewegung auch ohne GPS und WiFi

Während Roboterschwärme früher in zweidimensionalen Räumen navigieren konnten, haben sich solche Aufgaben in dreidimensionalen Räumen als schwierig erwiesen. Das Ziel dieser Forschung war es deshalb, einen Roboterfisch-Schwarm zu schaffen, der sich auch ohne GPS oder WiFi von selbst synchron bewegen kann.

Solche Roboter können auf Basis visueller Hinweise interpretieren, wo sich ihre Kollegen befinden. Die Forscher machten einen Test und schickten den Roboterfisch-Schwarm auf eine simulierte Suchmission: Die Robofische sollen ein rotes Licht im Tank finden und umgeben. Sobald der erste Bluebot das Licht entdeckte, begannen seine LEDs zu blinken und signalisierten seinen Gefährten, ihren Kurs zu ändern und um das blinkende Licht zu schwärmen.

Großes Potenzial in diversen Branchen

Berlinger erklärt:

„Roboter werden häufig in Bereichen eingesetzt, die für Menschen gefährlich oder unzugänglich sind. In solchen Situationen ist es daher von Vorteil, einen autarken und autonomen Roboterschwarm zu haben.“

Die Möglichkeit, Robotern beizubringen, effektiver zusammenzuarbeiten, hat aber auch jenseits dieser kleinen Robofische ein enormes Potenzial: So könnte diese Art der impliziten Koordination beispielsweise auch auf selbstfahrende Autos angewendet werden und dazu beitragen, Kollisionen zu vermeiden. Diese Forschung birgt auch großes Potenzial für Weltraum- und Logistikunternehmen, die in ihren Lagern Roboter einsetzen, um mit ihren menschlichen Mitarbeitern zusammenzuarbeiten.

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