Neue Studie: ameiseninspirierte Technologie verbessert autonome Navigation kleiner Roboter drastisch

BerlinForscher der TU Delft haben eine neue Methode für kleine Roboter entwickelt, sich zu orientieren, inspiriert von Ameisen. Die Roboter nutzen visuelle Hinweise und verfolgen ihre Schritte, ähnlich wie Ameisen ihren Weg finden. Diese Technik ist besonders wichtig, da kleine Roboter nur begrenzte Rechenleistung und Batteriekapazität haben. Die Studie wurde am 17. Juli 2024 in der Zeitschrift Science Robotics veröffentlicht.

Warum das wichtig ist:

• Reduziert den Rechen- und Speicherbedarf auf ein Minimum.
• Ermöglicht winzigen Robotern die autonome Navigation ohne externe Infrastruktur.
• Vielfältige Einsatzmöglichkeiten in der industriellen Inspektion und Landwirtschaft.

Kleine Roboter, die zwischen einigen Dutzend und wenigen Hundert Gramm wiegen, sind sicherer und effizienter. Sie können durch enge Räume navigieren und sind weniger gefährlich, wenn sie mit Menschen in Berührung kommen. Allerdings können sie aufgrund ihrer geringen Größe keine schweren und stromintensiven Sensoren tragen wie größere Roboter. Übliche Navigationshilfsmittel wie GPS oder LiDAR sind oft zu groß oder ungeeignet für diese winzigen Roboter.

Das Team der TU Delft hat durch das Studium der Natur eine Lösung gefunden. Ameisen bewegen sich effizient mithilfe ihrer eigenen Bewegungserkennung, auch Odometrie genannt, und einfacher visueller Erinnerung. Diese Methode erfordert kaum Rechenleistung und ist daher ideal für kleine Roboter. Biologen haben herausgefunden, dass Ameisen schnelle Schnappschüsse ihrer Umgebung machen. Auf ihrem Heimweg vergleichen sie die aktuelle Ansicht mit diesen Bildern, um den Weg zurückzufinden.

Forscher testeten dieses Modell an einer 56-Gramm-Drohne namens "CrazyFlie". Diese Drohne nutzt eine einfache Kamera und einen kleinen Mikrocontroller zur Navigation. Im Gegensatz zu komplexeren Systemen benötigt sie nur 0,65 Kilobyte Daten für jeden 100 Meter Flug. Die Drohne macht in festgelegten Abständen Fotos und bewegt sich mithilfe von Odometrie von Punkt zu Punkt. Diese Methode ermöglicht es der Drohne, längere Strecken mit minimalem Energie- und Rechenaufwand zurückzulegen.

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Dr. Tom van Dijk, der Hauptautor der Studie, erklärte, dass der Roboter effizient zwischen abgespeicherten Positionen navigieren kann. Entscheidend ist, diese Positionen weit genug auseinander zu setzen, um Speicherplatz zu sparen, aber dennoch nahe genug, um eine gute Navigation des Roboters zu gewährleisten.

Prof. Guido de Croon, ein Mitautor, erklärte, dass diese Methode keine detaillierten 3D-Karten erstellt. Stattdessen ermöglicht sie dem Roboter, zum Ausgangspunkt zurückzukehren. Dies reicht aus für Aufgaben wie das Überprüfen von Lagerbeständen in Lagern oder das Inspizieren von Pflanzen in Gewächshäusern. Die Drohne kann Daten sammeln und zurückkehren, um diese hochzuladen, wodurch die Aufgabe erleichtert wird, ohne dass fortgeschrittene Verarbeitung nötig ist.

Mini-Roboter im Einsatz

Winzige Roboter haben viele Anwendungen. In großen Mengen können sie frühzeitig Schädlinge oder Krankheiten auf Bauernhöfen aufspüren. Sie können auch Lagerbestände in Lagern kontrollieren oder nach Gaslecks in Fabriken suchen. Aufgrund ihrer geringen Größe können sie sich problemlos in Innenräumen bewegen.

Diese neue Navigationsmethode für Roboter ist entscheidend, da sie kleinen, selbstständig operierenden Robotern ermöglicht, sich in realen Situationen gut zu orientieren. Sie benötigt nur wenig Rechenleistung und Speicherplatz, was sie zu einer nützlichen und kostengünstigen Lösung für zahlreiche Anwendungen macht.