Bionik - Roboter imitiert Känguru

Nadine Kärcher winkt ihr Känguru zu sich heran. Es kippt nach vorne, und kurz bevor die Vorderpfoten den Boden berühren, macht es mit einem zischenden Geräusch einen Satz nach vorne.

Echte Kängurus zischen nicht. Das Känguru der Firma Festo ist aber auch kein echtes Känguru, obwohl es genau so hüpft wie eines. Das BionicKangaroo ist ein Roboter, und Nadine Kärcher hat seine Software geschrieben.

Festo hat seinen Hauptsitz im schwäbischen Esslingen, 20 Minuten vom Stuttgarter Flughafen entfernt. Der Campus ist modern und ein wenig steril, auf den Grünflächen flitzen alle paar Minuten Rasenmähroboter umher. Festo bezeichnet sich selbst als Mittelständler in Familienbesitz, hat weltweit mehr als 16.000 Mitarbeiter, ist spezialisiert auf Fabrik- und Prozessautomatisierung und nach eigenen Angaben der Weltmarktführer in der technischen Aus- und Weiterbildung. Warum baut so ein Unternehmen einen Känguru-Roboter?

Es gibt zwei Antworten auf diese Frage. Die eine lautet verkürzt: Känguru-Technologie könnte einst in der Fabrik der Zukunft eingesetzt werden. Die zweite Antwort, ebenfalls etwas verkürzt: Roboter, die Tieren nachempfunden sind, eignen sich bestens für Werbezwecke.

Die längere Version der ersten Antwort beginnt mit dem Bionic Learning Network. Genau acht der gut 16.000 Mitarbeiter von Festo gehören dazu. In diesem Netzwerk arbeiten sie seit 2006 mit Universitäten und Forschungseinrichtungen unter anderem aus Deutschland, Norwegen und den Niederlanden sowie mit Start-ups zusammen, um Tiere nachzubauen. Das Bionic Learning Network hat künstliche Pinguine, Quallen, Rochen, Libellen, einen Elefantenrüssel und nun eben ein bionisches Känguru entwickelt. 

Alles niedliche oder zumindest faszinierende Tiere. Und alle haben Eigenschaften, die für ein Unternehmen interessant sein können, das sich die Fabriken und Maschinen der Zukunft ausdenkt. "Festo interessiert sich für Energieeffizienz, Leichtbau, Mensch-Maschine-Interaktion, autonomes Verhalten, künstliche Intelligenz", sagt Elias Knubben, der Leiter des Bionic Learning Networks. "Genau diese Themen suchen wir in der Natur."

Das Känguru springt bis zu 80 Zentimeter weit

Das Netzwerk kopiert also die natürlichen Vorbilder, damit Festo bessere Maschinen bauen kann. Das BionicKangaroo ist zum Beispiel einer der wenigen Roboter, die springen können, also eine echte Flugphase samt Landung überstehen. "0,3 Sekunden dauert ein vollständiger Sprung, etwa die Hälfte davon ist das Känguru in der Luft", sagt Knubben.

Känguru-Technologie © ZEIT ONLINE

Es kann bis zu 80 Zentimeter weit und 40 Zentimeter hoch springen, und das maximal fünf Mal hintereinander. Eine Herausforderung für die Regelungstechnik, erklärt Knubben: "Wie schaffen wir es in der Absprungphase, im Flug und bei der Landung präzise zu kontrollieren, was geschieht? Wir müssen genau wissen, mit welcher Geschwindigkeit wir uns im Flug bewegen, und wir müssen es schaffen, die Beine in die richtige Position zu bringen."

Deshalb ist das Känguru vollgestopft mit Sensoren, Servomotoren und Steuerungstechnik. Was das Bionic Learning Network bei der Auswertung der Sensorsignale und der Entwicklung der Algorithmen gelernt hat, könne in die Entwicklung von Festo-Produkten einfließen, sagt Knubben.

Außerdem sind echte Kängurus vorbildlich energieeffizient, weil sie kinetische Energie aus ihren Sprüngen in ihrer Achillessehne zwischenspeichern und für den nächsten Sprung nutzen können –  das schafft das BionicKangaroo auch.

Die Steuerung wird zwar mit elektrischer Energie aus einer Batterie versorgt. Und für die nötige Sprungenergie gibt es "hier unten im Beutel eine Hochdruckflasche", sagt Knubben. "Aber wir können einen Großteil der Energie aus der Flugphase in der Landephase in speziellen Gummis zwischenspeichern. Diese Gummis entsprechen der Achillessehne des echten Kängurus. Und die Energie daraus kann wieder zurück in das System eingebracht werden, für den nächsten Sprung." Was dann noch zur Höhe und Weite der vorherigen Sprungs fehlt, gleicht die Pneumatik aus. Die Erkenntnisse über dieses Prinzip der Zwischenspeicherung von kinetischer Energie in elastischen Elementen können "sicherlich in der Industrieautomation" helfen.