Roboter gibt es in vielen Arten und Bauweisen. Den „M4“ macht eine Sache jedoch ganz besonders: Das Gerät kann sich aussuchen, wie es sich fortbewegen möchte. Und zwar auf acht verschiedene Weisen inklusive eines Drohnenmodus zum Fliegen.
Viele interessante Anwendungsfälle für UAVs, die wir heute in kommerziellen Produkten finden, haben ihren Ursprung in der Forschung gefunden. Themen, wie die Erkennung von Lebenszeichen liegender Personen am Boden, das Aufladen von Drohnen direkt an Hochspannungsleitungen oder die Entschlüsslung von DJIs DroneID-Protokoll sind nur einige Beispiele aus dieser Rubrik.
Wissenschaftler des Caltech (California Institute of Technology) haben im Rahmen ihrer Arbeit jetzt einen Roboter entwickelt, der sich möglichst flexibel von A nach B bewegen kann und dabei auch zum UAV transformiert.
M4 passt seinen Fortbewegungsmodus der Umgebung an
Die Bezeichnung M4 ist eine Abkürzung für den Begriff Multi-Modal Mobility Morphobot, also einen wandlungsfähigen Roboter, der seine Art der Fortbewegung anpassen kann. Das beschreibt die Funktionen des M4 nahezu perfekt.
Bildquelle: Caltech | ©Das Gerät verfügt über vier Propeller, die an klappbaren Armen befestigt sind. Die Arme werden im Drohnenmodus ausgeklappt oder im Fahrmodus an den Hauptteil des Roboters angelegt. Die Außenfläche der Mantelpropeller ist dabei mit einem Antrieb ausgestattet, welche dem Roboter das Fahren auf dem Boden ermöglicht.
Außerdem kann der M4 sich „strecken“, um sein gesamtes Profil flacher zu gestalten, um beispielsweise unter Gegenständen durchzukriechen. Des Weiteren ist die kleine Maschine in der Lage, Schrägen hochzufahren, in dem ein paar Räder auf dem Boden bleibt und die andere Achse von den Propellern in die Luft gehoben wird. Auf dieselbe Art und Weise kann der Morphobot auch aufrecht stehen und „gehen“, in dem ein Propellerpaar das Fahren auf einer Achse ausbalanciert.
Erdacht wurde das Gefährt von Morteza Gharib und Alireza Ramezani, die es im Rahmen ihrer Forschung mit einem Team verwirklichten.
Vollgestopft mit Hardware
Begleitend zu der Entwicklung des M4 veröffentlichten die Forscher ein passendes Paper mit dem Titel „Multi-Modal Mobility Morphobot (M4) with appendage repurposing for locomotion plasticity enhancement“ in dem die Funktionsweise des Morphobots beschrieben ist.
In diesem gehen die Wissenschaftler auch auf die Hardware des M4 ein. Die Energie kommt aus einem 6S-LiPo-Akku mit 4000 mAh. Dieser versorgt alle Controller sowie die beiden Antriebe mit genügend Leistung.
Für die Auswertung aller Sensoren, das Berechnen der Steuerbefehle und das Treffen von Entscheidungen ist eine SAM3X8E Controller mit einem ARM Cortex M3 SoC zuständig. Der Flight Controller wurde mit einem STM32H743A1 (Cortex M7) umgesetzt.
Als Leistungsstufen kommen vier TB67H420FTG Treiber für die Ansteuerung der Motoren für die Fortbewegung am Boden zum Einsatz, die ihr Drehmoment über eine integrierte Untersetzung an die Räder abgeben. Als ESCs für die vier Flugantriebe setzt der M4 auf vier APD 80F3[X] ESCs.
Für die Bewegung der Arme (Klappen und Strecken) sind insgesamt acht Servos mit 55 kg.cm Drehmoment verantwortlich – jeweils zwei Servos pro Arm.
Die gesamte Erkennung der Umwelt läuft über eine Intel RealSense D455 Kamera, deren Bilder von einem NVIDIA Jetson Nano Computer ausgewertet werden. Mit dieser Konfiguration kann der M4 seinen Weg durch ein Terrain selbstständig planen. Dazu gehört auch die Entscheidung, welche Fortbewegungsart zum Überwinden von Hindernissen jeweils die geschickteste ist.
