Proseminar K.I. - Thomas Twardawski · „Die Bionik/Biomimese beschäftigt sich mit der...

Proseminar K.I. - Thomas Twardawski

Biomimetische Robotik29.06.2011

Gliederung● 1. Begriffserklärung

● 2. Navigationsarten

● 3. Beispielroboter

● 4. Quellen

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]

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

2. Navigationsarten● Spurpheromone● Pfadintegration● Phonotaxis● Chemotaxis● Landmarkennavigation● Optische Flussfelder

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 folgendem Weg der 1. Ameiseund senden wiederum Pheromone aus

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.

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.

Pfadintegration● Mögliche

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

Phonotaxis● Grillweibchen finden die Männchen

anhand deren Grillgesang einer bestimmten Frequenz.

● Grillweibchen besitzen 2 „Ohren“.Die Richtung des Zirpens wirdüber die Differenz beider Ohrenberechnet.

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.

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.

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.

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.

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.

Landmarkennavigation● Er fand bis auf 10 cm genau zum

Ursprungsort zurück.

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.

Optische Flussfelder● Dieses Muster wird im Sehzentrum der

Fliege verarbeitet. So ermöglicht es ihr, möglichst schnell zu reagieren.

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.

3. Beispielroboter● 3.1 Roboter

- „Lauron“● 3.2 Schwimmende Roboter

- „Aquapenguin“● 3.3 Fliegende Roboter

- „Edgar“

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

3.1 Roboter● Der Roboter bewegt jedes Bein

unabhängig voneinander. Sensoren geben die Beschaffenheit des Bodens wieder, sodass auch unebener Boden durchquert werden kann.

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

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

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.

3.3 Fliegende Roboter● „Edgar“ soll so selbstständig über große

Gebiete fliegen können und kann so z.B. im Rettungsdienst eingesetzt werden.

4. Quellen● [1]http://de.wikipedia.org/wiki/Bionik

● http://www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/0,1518,514467,00.html

● http://www.golem.de/0807/61310.html

● http://www.golem.de/0803/58669.html

● http://www.um.baden-wuerttemberg.de/servlet/is/60291/Bionik_Robotik.pdf

● http://www.focus.de/wissen/wissenschaft/roboter-vorbild-stabheuschrecke_aid_141485.html

● http://de.wikipedia.org/wiki/Ameisenalgorithmus

● http://www.ti.uni-bielefeld.de/html/people/moeller/DOCUMENTS/habil.pdf

● http://www.3sat.de/mediathek/frameless.php?url=/nano/cstuecke/128166/index.html

● http://www.ifi.uzh.ch/groups/ailab/robots/robots-a.html

● http://www.heise.de/tr/artikel/Roboter-Fliegen-fliegen-besser-1145028.html

● http://www.bild-der-wissenschaft.de/bdw/bdwlive/heftarchiv/index2.php?object_id=10095642

● http://www.nicolaimarquardt.com/research-documents/SwarmIntelligence_SeminarAusarbeitung.pdf

● http://www.zeit.de/1999/30/199930.ameisenroboter_.xml

● http://www2.informatik.hu-berlin.de/~jott/material/phonotaxis_ausarbeitung.pdf

● http://fbim.fh-regensburg.de/~saj39122/Diplomarbeiten/IngoFrank/da/da.pdf

● http://www.ocean7.at/news,id352,aquapenguin_bionik_feinsten.html

● Buch: Das Ameisenpatent - Ralf Möller