{"id":11350,"date":"2022-03-17T09:31:48","date_gmt":"2022-03-17T09:31:48","guid":{"rendered":"https:\/\/cyber-valley.de\/news\/birdbot-der-von-voegeln-inspirierte-roboter\/"},"modified":"2026-07-15T14:44:40","modified_gmt":"2026-07-15T14:44:40","slug":"birdbot-der-von-voegeln-inspirierte-roboter","status":"publish","type":"news","link":"https:\/\/cyber-valley.de\/de\/news\/birdbot-der-von-voegeln-inspirierte-roboter\/","title":{"rendered":"BirdBot, der von V\u00f6geln inspirierte Roboter"},"content":{"rendered":"\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><strong>Ein Team von Wissenschaftler:innen des Max-Planck-Instituts f\u00fcr Intelligente Systeme und der University of California, Irvine, hat ein Roboterbein konstruiert, das wie sein nat\u00fcrliches Vorbild sehr energieeffizient ist. BirdBot profitiert von einer Fu\u00df-Bein-Kopplung durch ein Netzwerk aus Muskeln und Sehnen, das sich \u00fcber mehrere Gelenke erstreckt. Auf diese Weise ben\u00f6tigt BirdBot weniger Motoren als bisherige Laufroboter und k\u00f6nnte theoretisch riesig gro\u00df gebaut werden. Nun haben die Forschenden ihre Arbeit in Science Robotics ver\u00f6ffentlicht.<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Wenn ein Tyrannosaurus Rex vor 66 Millionen Jahren fast die gleiche Beinstruktur hatte wie ein Vogelstrau\u00df, der heute im Zoogehege rumrennt, dann nehmen Wissenschaftler:innen an, dass sich diese Beinstruktur im Laufe der Evolution bew\u00e4hrt hat. Der Aufbau der Beine hat sich seit Millionen von Jahren zwar ver\u00e4ndert, viele Bestandteile sind aber sehr \u00e4hnlich. Ein G\u00fctesiegel der Natur.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Grazi\u00f6s, elegant, kraftvoll \u2013 Laufv\u00f6gel wie der Strau\u00df sind ein mechanisches Wunderwerk. Die teilweise \u00fcber 100 kg schweren Tiere rennen mit bis zu 55 km\/h durch die Savanne. Diese H\u00f6chstleistung ist der Beinstruktur zu verdanken, so die Vermutung. Anders als Menschen klappen V\u00f6gel den Fu\u00df nach hinten zur\u00fcck, w\u00e4hrend sie das Bein zum K\u00f6rper hochziehen. Warum machen das die Tiere, wieso ist diese Fu\u00dfbewegung beim Gehen und Rennen energieeffizient, und wie l\u00e4sst sich der Aufbau der Vogelbeine mit all seinen Knochen, Muskeln und Sehnen auf Laufroboter \u00fcbertragen?<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Mehr als f\u00fcnf Jahre hat Alexander Badri-Spr\u00f6witz sich diesen Fragen gewidmet. Am Max-Planck-Institut f\u00fcr Intelligente Systeme leitet er die Forschungsgruppe Dynamische Lokomotion. Die Gruppe arbeitet an der Schnittstelle zwischen Biologie und Robotik im Bereich der Biomechanik und Neurokontrolle. Die dynamische Fortbewegung von Tieren und Robotern steht hier im Fokus.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Zusammen mit seinem Doktorand Alborz Aghamaleki Sarvestani hat Badri-Spr\u00f6witz ein Roboterbein konstruiert, das wie sein nat\u00fcrliches Vorbild sehr energieeffizient ist: BirdBot braucht weniger Motoren als andere Maschinen und k\u00f6nnte theoretisch riesig gro\u00df gebaut werden. Am 16. M\u00e4rz publizierten Badri-Spr\u00f6witz, Aghamaleki Sarvestani, der Robotiker und Direktor am MPI-IS Metin Sitti sowie Monica A. Daley, Professorin f\u00fcr Biologie an der University of California, Irvine, ihre Forschungsarbeit im renommierten Fachjournal Science Robotics.<\/p>\n\n\n\n<h4 class=\"wp-block-heading\">Seilzug aus Muskeln und Sehnen<\/h4>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Menschen ziehen beim Gehen den Fu\u00df hoch und beugen das Knie, der Fu\u00df und die Zehen aber zeigen nahezu unver\u00e4ndert nach vorne. Bei V\u00f6geln ist es anders. In der Schwungphase klappen V\u00f6gel die F\u00fc\u00dfe nach hinten weg. Badri-Spr\u00f6witz und sein Team f\u00fchren diese Bewegung auf eine mechanische Kopplung zur\u00fcck. \u201eEs ist nicht das Nervensystem, es sind keine elektrischen Impulse, es ist keine Muskelaktivit\u00e4t\u201c, vermutet Badri-Spr\u00f6witz. \u201eWir sehen, dass das Netzwerk aus Muskeln und Sehnen, welches sich \u00fcber mehrere Gelenke hinweg erstreckt, diese Kopplung erm\u00f6glicht. Diese mehr-gelenkigen Muskel-Sehnen-Seilz\u00fcge bedingen das Einklappen des Fu\u00dfes in der Schwungphase. Bei unserem Roboter haben wir die gekoppelte Mechanik im Bein und Fu\u00df implementiert und gezeigt, dass ein Roboter damit sehr energieeffizient und robust laufen kann. Das l\u00e4sst uns vermuten, dass der Muskel-Sehnen-Seilzug f\u00fcr echte V\u00f6gel \u00e4hnliche Effizienzvorteile bietet.\u201c<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Die Kopplung der Bein- und Fu\u00dfgelenke sowie die dabei wirkenden Kr\u00e4fte k\u00f6nnten der Grund sein, warum ein riesiges Tier wie ein Vogelstrau\u00df nicht nur sehr schnell rennen, sondern auch m\u00fchelos stehen kann, mutma\u00dften die Forschenden. Ein Mensch von \u00fcber 100 kg kann zwar auch gut und lange stehen, aber nur bei durchgestreckten Knien. W\u00fcrde die Person leicht in die Hocke gehen, w\u00e4re es nach ein paar Minuten vorbei. Dem Vogel jedoch macht seine geknickte Beinstruktur scheinbar nichts aus; manche V\u00f6gel k\u00f6nnen sogar im Stehen schlafen. Bei einem Roboter-Vogelbein sollte das ebenfalls funktionieren: es sollte keine Motorenleistung notwendig sein, um die Konstruktion aufrecht zu halten.<\/p>\n\n\n\n<h4 class=\"wp-block-heading\">Roboterbein geht auf dem Laufband<\/h4>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Um ihre Annahme zu \u00fcberpr\u00fcfen, bauten die Forscher ein Bein, das einem Laufvogel nachempfunden ist. Sie konstruierten ihr Roboter-Vogelbein so, dass der Fu\u00df keinen Motor, sondern nur ein mit einem Feder-Seilzug ausgestattetes Gelenk hat. Der Fu\u00df ist also \u00fcber Seilz\u00fcge aus Sehnen und Rollen mechanisch mit den restlichen Beingelenken gekoppelt. Jedes Roboterbein ist mit nur zwei Motoren ausgestattet: Ein Motor am H\u00fcftgelenk sorgt daf\u00fcr, dass das Gelenk vor und zur\u00fcck schwingt und das Bein auf diese Art vor und zur\u00fcck bewegt. Ein weiterer Motor am Kniegelenk kann das Knie beugen und hochziehen. Fertig gebaut, lie\u00dfen die Forschenden BirdBot auf einem Laufband gehen um zu sehen, wie der Fu\u00df des Roboters beim Gehen ein- und ausklappt. \u201eDie Fu\u00df- und Beingelenke kommen in der Standphase ohne Motoren aus,\u201c sagt Aghamaleki Sarvestani. \u201eDie Kraft kommt hier aus der Feder, und die Koordination aus dem mehrgelenkigen Seilzugmechanismus. Beim Bein-Anziehen in der Schwungphase schaltet der Fu\u00df dann die Beinfeder \u2013 den Muskel \u2013 weg\u201c, f\u00fcgt Badri-Spr\u00f6witz hinzu. Ein Video zeigt das laufende Roboter-Vogelbeine im Labor der Forschungsgruppe.<\/p>\n\n\n\n<h4 class=\"wp-block-heading\">Null Kraftaufwand beim Stehen und beim Bein-Anziehen<\/h4>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Im Stand sieht man, wie das Bein null Energie aufwendet und trotzdem unersch\u00fctterlich dasteht. \u201eFr\u00fcher mussten unsere Roboter entweder beim Stehen oder beim Bein-Anziehen gegen die Feder oder mit einem Motor arbeiten, um das Bein in der Schwungphase nicht mit dem Boden zu kollidieren. Dieser Energieeintrag ist bei BirdBot jetzt nicht mehr notwendig\u201c, sagt Badri-Spr\u00f6witz und Aghamaleki Sarvestani f\u00fcgt hinzu: \u201eInsgesamt ist damit nur ein Viertel der Energie notwendig im Vergleich zu vorhergehenden Laufrobotern.\u201c<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Laufband wieder an, der Roboter l\u00e4uft los, und mit jedem Beinschwung schaltet der Fu\u00df die Beinfeder aus. Der Fu\u00df entkoppelt den Seilzug und das Bein schwingt lose. Dieses Schalten zwischen Stehen und Gehen wird bei den meisten Robotern durch einen Motor am Gelenk gew\u00e4hrleistet. Ein Sensor sendet ein Signal an die Steuerung, die den Motor an- und ausschaltet. \u201eBisher mussten die Motoren sich ein- und abschalten, je nachdem, ob das Bein in der Schwung- oder Standphase war. Jetzt aber macht der Fu\u00df das f\u00fcr die Laufmaschine. Wir brauchen nur noch einen Motor am H\u00fcftgelenk und einen zum Knie-Beugen in der Schwungphase, den Rest macht das Bein allein. Das Ein- und Auskuppeln der Beinfedern \u00fcberlassen wir der von V\u00f6geln inspirierten Mechanik. Das ist robust, schnell und energieeffizient\u201c, sagt Badri-Spr\u00f6witz.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><img decoding=\"async\" alt=\"\" src=\"\/uploads\/ckeditor\/pictures\/862\/content_newsimage361985.jpg\" style=\"width: 1110px; height: 740px;\"\/><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Dr. Daley stellte in mehreren fr\u00fcheren Studien fest, dass der Aufbau eines Vogelbeines nicht nur Energie spart beim Laufen und Stehen, er ist auch so von der Natur angepasst, dass das Tier kaum stolpert und sich verletzt. In Experimenten mit Perlh\u00fchnern, die \u00fcber zugedeckte Schlagl\u00f6cher laufen, konnte sie die bemerkenswerte Robustheit der V\u00f6gel bei ihrer Fortbewegung quantifizieren. Eine morphologische Intelligenz ist in das System eingebaut, die das Tier schnell agieren l\u00e4sst \u2013 ohne dar\u00fcber nachdenken zu m\u00fcssen. Daley und ihre Kollegen haben gezeigt, dass die Tiere ihre Beine bei der Fortbewegung nicht nur mithilfe des Nervensystems steuern. Liegt unerwartet ein Hindernis im Weg, ist es nicht immer der Tast- oder Sehsinn des Tieres, der zum Einsatz kommt.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">\u201eDer Aufbau mit mehr-gelenkigen Muskeln und Sehnen und die spezielle Fu\u00dfbewegung kann erkl\u00e4ren, warum sogar schwere, gro\u00dfe Laufv\u00f6gel so schnell, robust, und energieeffizient laufen. Wenn ich davon ausgehe, dass beim Umschalten im Vogel alles auf Sensorik basiert, und es mal eine Stolperstelle gibt, k\u00f6nnte es passieren, dass das Tier nicht schnell genug reagieren kann. Die Sensorik, die Reizweiterleitung, und das Reagieren kosten Zeit\u201c, sagt Daley.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Daleys 20-j\u00e4hrige Arbeit an laufenden V\u00f6geln zeigt, dass V\u00f6gel schneller reagieren, als es das Nervensystem zul\u00e4sst, was darauf hinweist, dass die Mechanik hier einen wesentlichen Beitrag leistet. Jetzt, da das Team BirdBot gebaut hat, ein physikalisches Modell, das direkt zeigt, wie diese Mechanismen funktionieren, macht alles mehr Sinn: das Bein kann mechanisch bei einer Bodenunebenheit umschalten. Das funktioniert sofort, ohne Zeitverz\u00f6gerung. Wie V\u00f6gel zeichnet sich auch der Roboter durch eine hohe Robustheit bei der Fortbewegung aus.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Ob im Ma\u00dfstab eines Tyrannosaurus Rex oder einer kleinen Wachtel \u2013 es ist egal, ob es sich um ein kleines oder ein riesiges Roboterbein handelt. Theoretisch k\u00f6nnen jetzt meterhohe Beine f\u00fcr Tonnen-schwere Roboter gebaut werden, die mit wenig Leistungsaufwand herumlaufen.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Wie immer f\u00fchren die in der Gruppe Dynamischen Lokomotion gewonnenen Erkenntnisse \u00fcber Roboter zu Erkenntnissen \u00fcber die von der Evolution angepassten Tiere und vice versa. Ein Wechselspiel, das Hypothesen testet und manchmal best\u00e4tigt, und dabei sowohl das Forschungsfeld der Robotik als auch der Biologie voranbringt.<\/p>\n","protected":false},"featured_media":11693,"parent":0,"template":"","meta":{"_acf_changed":false},"cv-tag":[],"location":[],"network-role":[],"news-category":[362],"user-group":[245],"class_list":["post-11350","news","type-news","status-publish","has-post-thumbnail","hentry","news-category-press-release","user-group-researcher"],"acf":[],"yoast_head":"<!-- This site is optimized with the Yoast SEO plugin v28.7 - https:\/\/yoast.com\/product\/yoast-seo-wordpress\/ -->\n<title>BirdBot, der von V\u00f6geln inspirierte Roboter - Cyber Valley<\/title>\n<meta name=\"robots\" content=\"index, follow, max-snippet:-1, max-image-preview:large, max-video-preview:-1\" \/>\n<link rel=\"canonical\" href=\"https:\/\/cyber-valley.de\/de\/news\/birdbot-der-von-voegeln-inspirierte-roboter\/\" \/>\n<meta property=\"og:locale\" content=\"de_DE\" \/>\n<meta property=\"og:type\" content=\"article\" \/>\n<meta property=\"og:title\" content=\"BirdBot, der von V\u00f6geln inspirierte Roboter - Cyber Valley\" \/>\n<meta property=\"og:description\" content=\"Ein Team von Wissenschaftler:innen des Max-Planck-Instituts f\u00fcr Intelligente Systeme und der University of California, Irvine, hat ein Roboterbein konstruiert, das wie sein nat\u00fcrliches Vorbild sehr energieeffizient ist. 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