Bionik

Salamandra robotica

Als die Amphibien vor Urzeiten das Meer verlie�en, passten sie ihre Bewegungen dem ungewohnten Untergrund an - ohne dabei die alten Muster zu verlernen. Wie genau sie zwischen Schwimmen und Laufen hin- und herschalten k�nnen, war lange ein R�tsel. Ein salamander�hnlicher Roboter bringt nun Licht ins Dunkel der Amphibienmotorik.

Salamandra robotica ist keine Sch�nheit. Ihr eckiger, lang gezogener K�rper besteht aus pastellgelben Plastiksegmenten, statt Augen ziert sie ein breiter ockerbrauner Plastepfropf. Vier primitive schwarze Beine ragen von ihrem K�rper zur Seite, auf Knopfdruck setzen sie sich kreisf�rmig in Bewegung. Doch die Rotation der plumpen F��e gibt endlich das Geheimnis des 85 Zentimeter langen Automaten preis: Salamandra Robotica bewegt sich wie ihr biologischer Namensgeber – und das sowohl zu Lande wie auch im kalten Nass des Genfer Sees.

Der Roboter ist eine Sch�pfung des Teams um Auke Jan Ijspeert von der Biologically Inspired Robotics Group der Ecole Polytechnique F�d�rale von Lausanne. Seine elektronische Schaltung ist den neuronalen Verkn�pfungen lebender Salamander nachempfunden: Eine Hauptschaltstelle im Kopf des Roboters entspricht dem Stammhirn des Tieres, eine doppelstr�ngige elektronische Leitung mit jeweils acht Oszillatoren von Kopf bis Schwanz soll die Neuronenb�ndel entlang des Knochenmarks von Salamandern simulieren. Auch die vier Extremit�ten enthalten jeweils einen eigenen Oszillator. Auf diese Weise hofften die Forscher die elektrischen Impulse nachzubauen, die eine Amphibie jeweils zum Schwimmen oder zum Landgang motivieren.

**Erwachsener Flachstirn-Gelbsalamander**

Denn Salamander benutzen hierf�r zwei unterschiedliche Techniken: Bewegen sie sich an Land, setzen sie jeweils die diagonal gegen�berliegenden Beine gleichzeitig in Bewegung, was zu der typischen S-f�rmigen Kr�mmung des K�rpers f�hrt. Im Wasser jedoch winkeln die Tiere ihre Beine an und schalten um auf rhythmische Wellenbewegungen, die vom Kopf bis zum Schwanz hindurchlaufen – wie etwa auch bei den aalf�rmigen Neunaugen.

Im Labor hatten Tests mit Neuronenb�ndeln des R�ckenmarks von Amphibien bereits ergeben, dass eine geringe Stimulation der Nervenzentralen die Tiere zur Bewegung ihrer Beine anregt. Eine h�here Reizdosis f�hrte zur Sch�ttelbewegung. Doch wie genau die Nervenb�ndel miteinander vernetzt sind, und warum es keinen �bergangsbereich von der einen Bewegungsform zur anderen gibt, war bislang ungekl�rt. Mit Hilfe des hellgelben Plastiksalamanders konnte das R�tsel nun gel�st werden.

Die Forscher konzipierten ihren Robo-Salamander mit zwei zentralen Schaltstellen, die den Aktivit�ten im Stammhirn entsprachen: eine f�r die Wellenbewegung des R�ckgrates, eine f�r die Diagonal-Bewegungen der Beine. Dann programmierten sie die Schaltstellen so, dass der Roboter bei einer kontinuierlichen elektrischen Reizung der R�ckgrat-Schaltstelle via Fernbedienung in den Schwimmmodus verfiel – es sei denn, gleichzeitig w�re auch die Schaltstelle f�r die Extremit�ten aktiviert. Dann n�mlich wurde die Schwimmbewegung unterdr�ckt. Die Schaltstelle f�r die Fu�bewegungen des Roboters jedoch reagierte auf die Frequenz der elektronischen Reizung: War sie niedrig, aktivierte sie die Beinoszillatoren. Bei h�herer Frequenz schaltete sie sich ab.

Bei einer niedrigschwelligen elektrischen Reizung tapste der Roboter denn auch gem�chlich vor sich hin. �berschritt die Frequenz jedoch einen bestimmten Schwellenwert, wurde der Schwimmmodus eingeleitet und die Wirbelsegmente des Roboters entsprechend bewegt. Die Umpolung vom Landgang auf die Schwimmbewegung erfolgte also durch eine Erh�hung der Reizfrequenz. Gleichzeitig wurde die Bewegung schneller, je h�her die Frequenz der Reizung war. Die Konsequenz: In Freilandversuchen am Genfer See bewegte sich der elektronische Salamander genauso wie sein lebendes Vorbild – langsam zu Lande, schnell im Wasser. Zudem �hnelten die Bewegungsabl�ufe des Roboters die seines biologischen Vetters aufs Haar.

**Salamander-Roboter auf dem Weg ins Trockene**

Ob die Neuronenschaltungen im Salamander nun denen des Modells eins zu eins entsprechen, muss noch ermittelt werden. F�r die Robotik jedoch ist der Robo-Salamander schon jetzt ein Erfolg. Denn die Bewegung in unterschiedlichem Gel�nde und das Umschalten auf unterschiedliche Geschwindigkeiten und Gangarten stellt f�r die meisten Automaten bislang noch eine riesige H�rde da. Sich f�r die L�sung solcher Probleme an der Natur zu orientieren, k�nne daher durchaus fruchtbar sein, sind sich Auke Ijspeert und sein Team sicher. Sie m�ssen es wissen: Neben ihrem Robo-Salamander haben die Forscher schon andere biologisch inspirierte Roboter gebaut, unter anderem einen Fisch und einen krabbelnden Baby-Humanoiden.