Vorbildliche Hühner und Kakerlaken

Tritt ein rennendes Huhn in ein Schlagloch, stört das kaum sein Vorwärtskommen: Nachdenken ist überflüssig, weil die Laufmechanik vieler Tiere solche Hindernisse geschickt ausgleicht. Deshalb dienen Perlhühner oder auch Kakerlaken als Vorbilder für schnelle Roboter, die statt Rädern Beine besitzen und sich auch in unebenem Gelände rasch und energiesparend vorwärts bewegen können. Wie die Tiere ihre Beine nutzen und dabei Laufstabilität erreichen, beschreiben US-Forscher im Fachblatt "Bioinspiration & Biomimetics". Ihre Simulationen sollen jetzt als Grundlage tatsächlicher Laufroboter dienen, die sich auch in für Menschen zu gefährlicher Umgebung bewegen können - von Rettungs- und Militäreinsätzen bis zur Bewegung im All. Denkbar sind aber auch Impulse für neuartige Prothesen.

"Kakerlaken sind unglaublich. Sie können schnell rennen, auf einer kleinen Münze wenden, problemlos über unebenen Untergrund laufen und schneller auf Störungen reagieren, als ein Nervenimpuls wandern kann", erklärt John Schmitt, Professor für Ingenieurwesen an der Oregon State University. Das bedeute, dass Kakerlaken in gewissem Rahmen über das Laufen nicht nachdenken müssten - ihre Muskelaktion arbeite instinktiv und benötige keine Abstimmung zwischen Reflexen und Hirn. Schmitts Team und Kollegen der Florida State University machten sich also daran, die grundlegenden biologischen und mechanischen Prinzipien zu bestimmen, welche Tieren ein gutes und müheloses Laufen ermöglicht. So passen Perlhühner die Länge und den Winkel ihrer federnden Beine derart automatisch an, dass sie sogar Unebenheiten von bis zu 40 Prozent ihrer Hüfthöhe ohne nennenswerte Mühe ausgleichen. Beim Menschen würde dies 40 Zentimeter tiefen Schlaglöchern entsprechen, die er in vollem Tempo durchlaufen muss. Kakerlaken ihrerseits verlangsamen ihr Tempo nur um etwa 20 Prozent, wenn sie Hindernisse von dreifacher Hüfthöhe überwinden.

"Ihre Stabilität hat damit zu tun, wie sie gebaut sind, nicht wie sie reagieren", erklärt Schmitt. Im Computermodell entwickelte sein Team ein Konzept, das Laufrobotern in punkto Energieeffizienz und Rechenaufwand als Vorbild dienen soll. Sensoren und automatisches Feedback sowie die Stellung der Beinwinkel flossen in die Kalkulationen ein, um so wenig Berechnung wie möglich zu beanspruchen.

Bisher haben Forscher zwar Laufroboter entwickelt, die sich auf zwei oder mehr Beinen fortbewegen und sogar Treppen steigen können. Doch kein Exemplar ist in der Lage, sich so schnell und energiesparend fortzubewegen wie Roboter auf Rädern. Für das Vorwärtskommen auf zunehmend unebenem Gelände stoßen Räder allerdings schnell an Grenzen.