Proseminar K.I. - Thomas Twardawski. Biomimetische Robotik

Transkript

1 Proseminar K.I. - Thomas Twardawski Biomimetische Robotik

2 Gliederung 1. Begriffserklärung 2. Navigationsarten 3. Beispielroboter 4. Quellen

3 1. Begriffserklärung Bionik Biologie und Technik. Die Bionik/Biomimese beschäftigt sich mit der Entschlüsselung von Erfindungen der belebten Natur und ihrer innovativen Umsetzung in der Technik. [1]

4 Ziele der Biomimetischen Robotik Verbesserung bestehender Roboter Verbesserung des menschlichen Lebens. (Durch Roboter in Krankenhäusern oder bessere Prothesen etc.) Verstehen von Prozessen in der Natur Lösen von vorhandenen Problemen Spaß haben

5 2. Navigationsarten Spurpheromone Pfadintegration Phonotaxis Chemotaxis Landmarkennavigation Optische Flussfelder

6 Spurpheromone Tierwelt: Ameisen senden Pheromone aus, wenn sie auf Nahrungssuche gehen. Sie laufen dabei Zickzack bis sie Nahrung entdecken und denselben Weg wieder zurück. Andere Ameisen folgen dem Weg der 1. Ameise und senden wiederum Pheromone aus

7 Spurpheromone Die Ameisen nehmen folglich den Weg, der die höchste Pheromonkonzentration aufweist. Mögliche technische Umsetzung: Einfachere Roboter folgen einem intelligenteren Roboter. Suchroboter können bereits abgesuchte Orte markieren, sodass andere Suchroboter woanders weitersuchen.

8 Pfadintegration Wüstenameisen erkennen Muster am Himmel, durch Lichtbrechung in der Atmosphäre. Dadurch können sie die Himmelsrichtung bestimmen und finden selbst nach hunderten Metern wieder zielgenau zurück zum Nest.

9 Pfadintegration Mögliche technische Umsetzung: Es gibt bereits Roboter die über Kameras mit Polarisationsfiltern verfügen. Sie nehmen Licht auseinander und speichern die Werte.

10 Phonotaxis Grillweibchen finden die Männchen anhand deren Grillgesang einer bestimmten Frequenz. Grillweibchen besitzen 2 Ohren. Die Richtung des Zirpens wird über die Differenz beider Ohren berechnet.

11 Phonotaxis Mögliche technische Umsetzung: Die Phonotaxis wurde anhand von 2 Robotern, welche mit 2 Mikrophonen ausgestattet waren, technisch umgesetzt. Der Roboter Khepera findet anhand des Zirpens sein Ziel.

12 Chemotaxis Hummer riechen unter Wasser ihr Futter Mögliche technische Umsetzung: Der Robolobster ist mit 2 primitiven Riechsensoren und einem Lagemessinstrument ausgestattet. Er findet tote Fische anhand deren Geruchs. Zukünftig soll er damit Unterwasserminen aufspüren.

13 Landmarkennavigation Wüstenameisen merken sich die Umgebung um ihr Nest herum. So prägen sie sich Felsen oder Kakteen als Panoramabild ein. Beim Rückweg zum Nest bewegen sie sich so, dass das vorher gespeicherte Bild möglichst mit dem neuen Bild übereinstimmt. So finden sie zurück zum Nest.

14 Landmarkennavigation Es gibt lokale Landmarken: Bäume, Felsen.. bei Robotern: Striche, Markierungen, Muster. Und es gibt globale Landmarken: z.b. das bereits genannte Polarisationsmuster am Himmel.

15 Landmarkennavigation Mögliche technische Umsetzung: Der Sahabot wurde mit einer Panoramabildkamera ausgestattet. Er wurde zwischen 4 Balken gestellt, speicherte davon ein Bild, wurde nach außerhalb bewegt und musste wieder zurückfinden. Er berechnete die Größenunterschiede der Balken, sowie die Winkel.

16 Landmarkennavigation Er fand bis auf 10 cm genau zum Ursprungsort zurück.

17 Optische Flussfelder Fliegen müssen Objekte nicht erkennen um zu navigieren. Dazu sind sie viel zu schnell. Bewegt sich die Fliege vorwärts, bewegt sich das Bild vor ihrem Auge seitlich an ihr vorbei. Bewegt sie sich frontal auf etwas zu, werden die Bildpunkte des Gegenstandes größer. Entfernt sie sich, werden sie kleiner.

18 Optische Flussfelder Dieses Muster wird im Sehzentrum der Fliege verarbeitet. So ermöglicht es ihr, möglichst schnell zu reagieren.

19 Optische Flussfelder Möglich technische Umsetzung: Ziel ist es einen intelligenten Roboter zu bauen, der in der Lage ist mit dem Menschen zu kooperieren. Bei den bisherigen Robotern, die Bilder erst machen und verarbeiten müssen, ist das zu langsam und zu gefährlich.

20 3. Beispielroboter 3.1 Roboter - Lauron 3.2 Schwimmende Roboter - Aquapenguin 3.3 Fliegende Roboter - Edgar

21 3.1 Roboter LAURON Vorbild: Stabheuschrecke Sie kann mit ihren 6 Beinen auf unebenem Geländer laufen und stehenbleiben ohne umzufallen. Ihre Beine bewegen sich dezentral. Sie kommunizieren über neuronale Netze untereinander. 3 Beine bilden immer ein Dreieck. Die anderen Beine bewegen sich vorwärts

22 3.1 Roboter Der Roboter bewegt jedes Bein unabhängig voneinander. Sensoren geben die Beschaffenheit des Bodens wieder, sodass auch unebener Boden durchquert werden kann.

23 3.2 Schwimmende Roboter Aquapenguin Pinguine bewegen sich energieeffizient, schnell, sind wendig und stoßen nie gegeneinander. Der Aquapenguin hat einen beweglichen Rumpf und Schwanz. Angetrieben durch einen Elektromotor. Manövriert auf engstem Raum

24 3.2 Schwimmende Roboter Er verfügt über ein 3D-Sonar, mit dessen Hilfe er sich autonom orientieren kann. Ebenso kommuniziert er mit anderen Pinguinen und kann ihnen ausweichen. Einsatz: Meerestierforschung

25 3.3 Fliegende Roboter Edgar Vorbild Bienen. Bienen finden ihr Nest durch Lichtbrechung am Himmel. Der Flugroboter ist mit Kameras ausgestattet die Licht auseinandernehmen und die Werte speichert. Ebenso sollen Bilder gespeichert werden, die Informationen über Veränderungen in der Umwelt wiedergeben um so z.b. die Route anpassen zu können.

26 3.3 Fliegende Roboter Edgar soll so selbstständig über große Gebiete fliegen können und kann so z.b. im Rettungsdienst eingesetzt werden.

27 4. Quellen [1] Buch: Das Ameisenpatent - Ralf Möller