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Angewandte Forschung aus Instituten und UniversitÀten

autodesk10418Titelstory

Von der Höchstleistung der Evolution des Menschen sind Roboter zum jetzigen Zeitpunkt noch weit entfernt. Ein Entwicklerteam des non-profit Projektes Roboy aus MĂŒnchen hat sich aber das Ziel gesetzt, einen Roboter zu entwickeln, der dem Menschen im gesamten Auftreten so nahe wie möglich kommen soll. Roboy 2.0 wurde mit der kollaborativen Software "Fusion 360" von Autodesk entwickelt.

 

Der menschliche Körper ist aus der Sicht eines Roboters betrachtet ein Meisterwerk: agil, dynamisch, flexibel und trotzdem stark. Wunden heilen sich von selbst und in der Benutzung ist er völlig gerĂ€uschlos. Ein ĂŒber Millionen von Jahren perfektioniertes Skelett erlaubt ihm den aufrechten Gang, das komplexe Zusammenspiel zahlloser Muskeln, Sehnen und Gelenke geschicktes und filigranes Arbeiten mit den HĂ€nden.  

Roboy 2.0 (sprich Roboy two-oh) ist ein interdisziplinĂ€res Grundlagenforschungsprojekt mit gigantischen Ausmaßen und einem ziemlich ambitionierten Entwicklungsplan. „Unser Ziel ist es, einen humanoiden Roboter zu konstruieren, der genau so funktional ist wie der menschliche Körper“, erklĂ€rt Rafael Hostettler, Leiter des Roboy Projekts. „Er soll sich nicht nur bewegen können wie ein Mensch, sondern auch sehen, hören und interagieren können wie wir.“

InterdisziplinÀre Teams entwickeln komplexes Modell

autodesk20418Deshalb vereint das Team mit ĂŒber 100 Studierenden, Doktoranden und Absolventen der Technischen UniversitĂ€t MĂŒnchen Experten aus den verschiedensten Fachbereichen. Gemeinsam arbeiten Sie mit einem Netzwerk von Wissenschaftlern auf der ganzen Welt schon seit Jahren an der Entwicklung des humanoiden Roboters. Das Royal Institute of Technology in Stockholm (Neuroprothetik), die Chinese University of Hong Kong (Algorithmik zur Ansteuerung des Roboters), Oxford University (Belastung von kĂŒnstlichen Sehnen wĂ€hrend deren Wachstums) und natĂŒrlich die TUM (Robotik & Echtzeitsysteme, Produktentwicklungsmethoden) sind zum Beispiel stĂ€ndige Kooperationspartner.

In der aktuellen Entwicklungsstufe kann Roboy bereits auf einem Rad in die Pedale treten, Personen erkennen und einfache GesprĂ€che fĂŒhren. Schon im Herbst soll er dann Xylophon spielen – eine aufgrund der benötigten Dynamik fĂŒr Roboter besonders komplexe Aufgabe – im nĂ€chsten Jahr bereits Eis verkaufen können. 2020 soll er in der Lage sein, grundlegende medizinische Diagnostiken durchzufĂŒhren. Die gesamte Forschung ist Open Source und schafft Grundlagen in Robotik, KĂŒnstlicher Intelligenz und audiovisueller Datenverarbeitung.

Ein paar Gramm weniger Hand fĂŒr leichtere HĂŒfte

autodesk30418Auch der Aufbau, das Gewicht und die Beschaffenheit der knochenĂ€hnlichen Bauteile spielen in diesem Zusammenhang eine wichtige Rolle. Den menschlichen Körper mechanisch abzubilden, ist nur sehr aufwĂ€ndig möglich. So bilden die Ingenieure mit Methoden wie 3D-Druck, Generativem Design und anderen hochmodernen technologischen Verfahren Knochen, Muskeln und Sehnen nach, anstatt wie im Roboterbau sonst ĂŒblich, Gelenke mit Motoren lediglich zu ersetzen.

FĂŒr die Entwicklung von Roboy 2.0 nutzt das Team Autodesk Fusion 360 mit Generativem Design. Das erlaubt den Wissenschaftlern im sogenannten generativen Designprozess, das Gewicht wichtiger Bauteile des Roboters deutlich zu reduzieren und die StabilitĂ€t gleichzeitig zu erhalten.

autodesk40418„Sparen wir in der Hand ein paar Gramm Gewicht, reduzieren sich die KrĂ€fte, die die HĂŒfte aushalten muss und wir können sie dementsprechend leichter machen“, so Hostettler. „Dadurch können wir wiederum bei allen weiteren Komponenten Gewicht sparen, was Roboy noch agiler macht.“ Kein Selbstzweck, denn Roboy soll langfristig selbststĂ€ndig Laufen lernen. FĂŒr die ersten Schritte ist ein leichter und trotzdem stabiler Stand Pflicht.

Bei Roboy 2.0. wird Generatives Design aktuell in der HĂŒfte angewandt. Das Team brauchte dank Berechnungen in der Cloud nur drei Tage fĂŒr die Entwicklung der ersten Prototypenversion. Als nĂ€chste zu ĂŒberarbeitende Teile sind die Kopfschale und die MotorgehĂ€use in Planung. Mittelfristig soll so sogar die WirbelsĂ€ule mit den beweglichen Elementen des Roboters optimiert werden.

Agile Kollaboration als SchlĂŒssel zum Erfolg

Autodesk Fusion 360 dient den Forschern bei all dem nicht nur als Design- und Arbeitsplattform, sondern ermöglicht ihnen darĂŒber hinaus Kollaboration ĂŒber Standort- und LĂ€ndergrenzen hinweg. Das Tool wurde als eine agile Arbeitsumgebung entwickelt, das es den Forschern ermöglicht, in extrem kurzen Entwicklungszyklen, so genannten Sprints, zu arbeiten. Alte Versionen können so schnell wiederhergestellt oder zwei Optionen parallel geprĂŒft werden. Agile Methoden helfen hierbei, in dem sie eine hierarchiefreie Kommunikation etablieren und schnelle Interaktion mit Prototypen erlauben. Die einzelnen Projektgruppen können so sehr schnell auf VerĂ€nderungen reagieren.

3D-Druck fĂŒr zĂŒgige Entwicklungsschritte

autodesk50418Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Autodesk Fusion 360 ist die direkte Eignung der darin erstellten Designs fĂŒr 3D-Druckverfahren. In Fusion erstellte Dateien mĂŒssen nicht erst langwierig fĂŒr den Druck aufbereitet werden, sie lassen sich stattdessen direkt ohne Kompilierungsaufwand in 3D-gedruckte Objekte umsetzen. Bei Roboy 2.0 sind fast alle Teile lasergesintert, d. h. in kunststoffĂ€hnlichen Materialien 3D-gedruckt.

„Klassische FrĂ€steile benötigen etwa 6 bis 8 Wochen Lieferzeit, eine Ewigkeit in der agilen Produktentwicklung“, erklĂ€rte Hostettler. „In diesem Zeitraum haben wir bereits 3 bis 4 neue Produktvarianten entwickelt.“ Ein weiterer Vorteil: Die Geometriefreiheit des 3D-Drucks erlaubt es dem Team, Bauteile so zu designen, wie sie sein sollten, nicht wie sie aufgrund von Fertigungshemmnissen erstellt werden mĂŒssen. Die werkzeugfreie Herstellung spart darĂŒber hinaus Zeit und Kosten.

Zukunftsmusik mit Praxisbezug in vielen Bereichen

Roboy 2.0 ist ein faszinierendes Beispiel fĂŒr menschlichen Entwicklungsgeist. Auch wenn der Roboter selbst heute insgesamt vor allem noch der Grundlagenforschung dient, so haben die im Zuge der Entwicklung gewonnen Erkenntnisse schon heute Auswirkungen auf zahlreiche andere Sparten. Das Projekt hat Anwendung in der Mensch-Roboter Kollaboration. Auch fĂŒr die Entwicklung innovativer Prothesen oder Exoskelette hat das Projekt unschĂ€tzbaren Wert. Neurowisschenschaftler verstehen mit Hilfe der im Roboy 2.0 Projekt gewonnen Erkenntnisse besser, wie der menschliche Körper das Zusammenspiel von ĂŒber 600 Muskeln koordiniert.


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