Zentrum für interdisziplinäre Forschung
 
 

Laufmaschinen

Biologische und künstliche Systeme

Termin: 3. - 5. Juli 2003
Leitung: Holk Cruse (Bielefeld), Friedrich Pfeiffer (München)

Aus der Sicht traditioneller Ethologen ist das Gehen eine basale und als solche nicht sonderlich interessante Verhaltenweise. Aber auch wenn das Gehen auf den ersten Blick eine einfache Aufgabe zu sein scheint, so werden die grundsätzlichen Probleme doch spätestens dann offensichtlich, wenn man, als Ingenieur, ein künstliches Laufsystem konstruieren will. Die Kontrolle des Laufens muss all die grundlegenden Probleme lösen, die bei der Kontrolle von Verhalten im allgemeinen auftauchen. So erfordert Laufen zum einen ein zentrales Kontrollsystem, zum anderen aber auch die Anpassungsfähigkeit an plötzlich auftauchende Störungen wie etwa kleine oder große Hindernisse; es ist also in hohem Maße angewiesen auf sensorische Signale. Diese sind jedoch nicht nur abhängig von den Eigenschaften der Umgebung, sondern auch von selbst erzeugten Bewegungen.
Vor mehr als 10 Jahren führten zwei ZiF:Workshops zu einer Kooperation von Biologen und Ingenieuren, die es sich zum Ziel setzten, Laufmaschinen zu konstruieren. Im Jahre 1997 rief die DFG ein Schwerpunktprogramm ins Leben (Autonomes Laufen), dessen Ergebnisse anlässlich der ZiF:AG "Laufmaschinen" vorgestellt wurden.
Dabei wurden unterschiedliche Lösungsmöglichkeiten für verschiedenartige Probleme, die sich aus der variierenden Zahl der Beine ergeben, aufgezeigt: es gibt zweibeinige Systeme, vierbeinige Systeme und Systeme mit sechs (und mehr) Beinen. Mit der Anzahl der Beine steigt die Wahrscheinlichkeit, eine stabile Körperlage beibehalten zu können; gleichzeitig wird es aber auch schwieriger, die hohe Zahl verfügbarer Freiheitsgrade zu koordinieren.
Es wurden sechs Roboter mit eindrucksvollen Eigenschaften gezeigt, die sich den Problemen auf unterschiedliche Weise nähern: der zweibeinige, menschenähnliche Roboter Johnnie, entwickelt von der Technischen Universität München, eine vierbeinige und zwei sechsbeinige Laufmaschinen von der Universität Karlsruhe, der stabinsektenähnliche Roboter Tarry, der an den Universitäten Duisburg und Bielefeld entwickelt wurde sowie der achtbeinige Scorpion von der Universität Bremen. Ferner wurden Fortschritte auf dem Gebiet der Biologie des Laufens dargestellt; diese beinhalten neben Verhaltensstudien von Laufen auf schwierigem Terrain auch Untersuchungen, die sich mit der zugrunde liegenden neuronalen Struktur befassen. Zusammen mit verschiedenen Simulationsstudien weisen diese Ergebnisse auf offene Fragen hin, die von den Ingenieurwissenschaften noch weitergehend untersucht werden müssen. Auf der "unteren" Ebene betreffen diese Fragen den Beitrag mechanischer Systeme - im besonderen die Eigenschaften muskelähnlicher Systeme im Vergleich zu Elektromotoren - die die Kontrolle von Beinbewegungen dramatisch vereinfachen könnten. Auf der "höheren" Ebene" müssen kognitive Eigenschaften untersucht werden, die eine Kontrolle von Körpern mit hohen Redundanzgraden erlauben und ein wahrscheinlich damit verknüpftes Problem, nämlich Planungsfähigkeit, ermöglichen.

Teilnehmende

Marko Ackermann (Stuttgart), Jan Albiez (Karlsruhe), Wolfgang Banzhaf (Dortmund), Karsten Berns (Kaiserslautern), Bettina Bläsing (Bielefeld), Reinhard Blickhan (Jena), Till Bockemühl (Bielefeld), Anke Borgmann (Köln), Thomas Buschmann (Garching), Ansgar Büschges (Köln), Holk Cruse (Bielefeld), Joachim Denk (München), Rüdiger Dillmann (Karlsruhe), Elmar Dittrich (Ilmenau), Volker Dürr (Bielefeld), Wiebke Ebeling (Bielefeld), Örjan Ekeberg (Stockholm), Martin S. Fischer (Jena), Leonid Frantsevich (Bielefeld), Jens Peter Gabriel (Köln), Bernd Gassmann (Karlsruhe), Daniel Germann (Duisburg), Sibylle Grunze (Ludwigsburg), Michael Günther (Tübingen), Rémi Hackert (Jena), Bodo Heimann (Hannover), Hugh Herr (Cambridge, MA), Manfred Hiller (Duisburg), R. M. Hochkönig (Ludwigsburg), Jürgen Hoefeld (Bonn), Kerstin Hoppenhaus (Ludwigsburg), Omar Jimenez (Ilmenau), Rainer Keppler (Karlsruhe), Jutta Kiener (Darmstadt), Hiroshi Kimura (Tokio), Frank Kirchner (Bremen), Daniel E. Koditschek (Ann Arbor, MI), André Krause (Bielefeld), Antje Krutz (Ludwigsburg), Simone Kühn (Bielefeld), Oliver Lenord (Duisburg), Manuela Lenzen (Bielefeld), Annette Leßmöllmann (Hamburg), Christian Lindner (Bielefeld), Klaus Löffler (Garching), Sebastian Lohmeier (Garching), Georg Mayr (Garching), Ralf Möller (München), Günther Palm (Ulm), Seunjae Park (Bielefeld), Friedrich Pfeiffer (Garching), Eugen Pflüger (Ludwigsburg), Simon Pick (Würzburg), Tamina Pinent (Bielefeld), Arthur Prochazka (Edmonton), Lars Quernheim (Hannover), Christian T. Remiger (Ludwigsburg), Thorsten Roggendorf (Bielefeld), Werner Schiehlen (Stuttgart), Günther Schmidt (München), Syn Schmitt (Tübingen), Josef Schmitz (Bielefeld), Axel Schneider (Bielefeld), Javier Fernández Seara (München), Werner von Seelen (Bochum), Katja Sievers (Bielefeld), Dirk Spenneberg (Bremen), Maximilian Stelzer (Darmstadt), Günther Stelzner (Karlsruhe), Viola Stephan (Berlin), Oskar von Stryk (Darmstadt), Thomas Thümmel (Garching), Henning Tolle (Darmstadt), Veit Wank (Karlsruhe), Inga Werner (Bielefeld), Hartmut Witte (Ilmenau), Jens Wittenburg (Karlsruhe), Harald Wolf (Ulm), Dirk Wollherr (Berlin), Sergiy Yakovenko (Edmonton), Jure Zadotnik (Bielefeld), J. Marius Zöllner (Karlsruhe)



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