Quadruped

Ein Quadruped ist eine Maschine, die auf vier Beinen läuft. Das Wort kommt aus dem Lateinischen und heißt schlicht « Vierfüßer ». Gemeint ist damit fast immer ein Roboter, der aussieht wie ein Hund oder eine kleine Ziege ohne Kopf. Statt Räder oder Ketten hat er vier Gliedmaßen mit beweglichen Gelenken. Damit kann er Treppen steigen, über Geröll klettern und sich auf schiefem Boden halten. Bekannte Beispiele sind Spot von der US-Firma Boston Dynamics und die deutlich günstigeren Modelle des chinesischen Herstellers Unitree.

Warum vier Beine oft besser sind als Räder

Räder sind auf glattem Boden unschlagbar effizient. Sie versagen aber, sobald das Hindernis höher ist als der Radius des Rades. Eine normale Treppenstufe reicht schon, um einen Rollroboter zu stoppen. Beine setzen dagegen punktuell auf und können Lücken einfach überspringen. Genau deshalb interessieren sich Industrie und Rettungsdienste für Quadrupeden.

Der Vergleich mit zweibeinigen Robotern erklärt den zweiten Vorteil. Ein Zweibeiner ist ständig kurz vor dem Umfallen und braucht sehr viel Rechenaufwand nur fürs Gleichgewicht. Ein Vierbeiner kann jederzeit drei Füße am Boden lassen und steht dann stabil wie ein Tisch. Er ist also technisch einfacher zu beherrschen als ein humanoider Roboter, kommt aber trotzdem fast überall hin.

Dazu kommt der Preis. Frühe Modelle kosteten sechsstellige Beträge, einfache Quadrupeden gibt es inzwischen für einige tausend Euro. Dadurch sind sie zum Standardgerät in Forschungslaboren geworden. Viele Fortschritte in der Robotersteuerung werden zuerst an ihnen ausprobiert.

Was in den Beinen und im Rechner passiert

Jedes Bein hat meist drei Motoren, an der Hüfte, am Knie und an der Schulter. Der Roboter misst mehrmals pro Sekunde, wie er im Raum liegt. Dafür sorgen Lagesensoren, die Neigung und Beschleunigung erfassen, sowie Kraftmessung an den Füßen. Eine Steuerung berechnet daraus, wohin das nächste Bein treten muss, damit der Schwerpunkt nicht kippt. Diese Rechnung läuft hunderte Male pro Sekunde ab.

Früher schrieben Ingenieure diese Bewegungsregeln von Hand als Formeln auf. Heute wird die Steuerung oft antrainiert. Dabei kommt bestärkendes Lernen zum Einsatz: Der Roboter probiert in einer Computersimulation Millionen von Schritten aus. Für jeden gelungenen Schritt bekommt er Punkte, fürs Umfallen Abzug. Nach einigen Stunden Simulation überträgt man die gelernte Steuerung auf die echte Maschine.

Ein verbreiteter Irrtum ist, dass solche Roboter selbst entscheiden, wohin sie gehen. Das Laufen ist gelöst, die Zielsetzung meist nicht. Die Route kommt in der Regel von einem Menschen oder aus einer vorher aufgezeichneten Karte. Kameras und Laserscanner helfen dann nur noch, Hindernisse auf diesem Weg zu umgehen.

Wo die Roboterhunde heute im Einsatz sind

Der häufigste kommerzielle Einsatz ist die Inspektion. In Chemieanlagen, Umspannwerken und auf Bohrinseln läuft ein Quadruped feste Runden ab. Er fotografiert Messuhren, misst Temperaturen und hört auf ungewöhnliche Geräusche. Das ist Arbeit, die für Menschen langweilig oder gefährlich ist. Auch auf Baustellen dokumentieren solche Roboter regelmäßig den Baufortschritt.

Daneben gibt es Einsätze bei Feuerwehr und Katastrophenschutz, etwa in einsturzgefährdeten Gebäuden. Polizeibehörden in mehreren Ländern testen Quadrupeden ebenfalls, was regelmäßig zu Diskussionen über Überwachung führt. Bewaffnete Varianten sind bei den großen Herstellern vertraglich ausgeschlossen, in militärischen Projekten anderer Anbieter aber ein Thema.

In Nachrichten tauchen Quadrupeden oft in Videos auf, in denen sie tanzen oder Türen öffnen. Solche Clips zeigen den Stand der Technik, aber unter besten Bedingungen. Im Alltag begrenzen vor allem zwei Dinge den Nutzen: die Akkulaufzeit von meist unter zwei Stunden und die Frage, was der Roboter mit seinen Füßen eigentlich anfangen soll. Deshalb bekommen neuere Modelle zusätzlich einen Greifarm auf den Rücken.