Wie Boston Dynamics die Agilität von Robotern neu definiert

Ein exklusiver Blick auf die dynamischsten Roboter der Welt

Mit ihrer atemberaubenden Beweglichkeit und ihren tierähnlichen Reflexen waren die bioinspirierten Roboter von Boston Dynamics schon immer unübertroffen. Aber diese Vormachtstellung hat das Unternehmen nicht davon abgehalten, seine Technologie zu neuen Höhen zu treiben, manchmal sogar buchstäblich. Die neuesten Maschinen mit Beinen können Hügel hinauf- und hinunterstapfen, über Hindernisse klettern und sogar wie ein Turner in die Luft springen. Ihre Attraktivität ist unbestreitbar: Jedes Mal, wenn Boston Dynamics ein neues Video auf YouTube hochlädt, wird es schnell millionenfach aufgerufen. Dies sind wahrscheinlich die ersten Roboter, die man als Internet-Stars bezeichnen könnte.

Boston Dynamics, einst im Besitz der Google-Muttergesellschaft Alphabet und jetzt im Besitz des japanischen Mischkonzerns SoftBank, hat lange Zeit Geheimnisse über seine Designs bewahrt. Nur wenige Publikationen haben Zugang zu seinem Hauptsitz in Waltham, Massachusetts, in der Nähe von Boston, erhalten. Doch eines Morgens im vergangenen August erhielt IEEE Spectrum Zutritt. Wir erhielten die Erlaubnis, an diesem Tag eine besondere Art von Fotoshooting zu machen. Wir wollten die Roboter des Unternehmens in Aktion einfangen – beim Laufen, Klettern und Springen – und verwendeten dazu Hochgeschwindigkeitskameras in Verbindung mit leistungsstarken Blitzgeräten. Das Ergebnis sehen Sie auf dieser Seite: Standbilder der reinen Roboter-Agilität.

Wir haben die Fotos auch verwendet, um interaktive Ansichten zu erstellen, die Sie online in unserem Roboterführer erkunden können. Mit diesen interaktiven Elementen können Sie die Roboter um 360 Grad drehen oder sie auf dem Bildschirm laufen und springen lassen.

Boston Dynamics hat im Laufe der Jahre ein Minizoo von Robotertieren mit Namen wie BigDog, SandFlea und WildCat angehäuft. Bei unserem Besuch konzentrierten wir uns auf die beiden fortschrittlichsten Maschinen, die das Unternehmen je gebaut hat: Spot, ein flinker Vierbeiner, und Atlas, ein ausgewachsener Humanoid.

Spot kann sich in fast jedem Gelände bewegen und dabei seine Umgebung wahrnehmen. Boston Dynamics hat ihn kürzlich zur Vermietung freigegeben und plant, etwa tausend Einheiten pro Jahr herzustellen. Das Unternehmen stellt sich vor, dass Spot oder sogar ganze Rudel von ihm Industriegelände inspizieren, Gefahrengutmissionen durchführen und Pakete ausliefern. Und sein YouTube-Ruhm ist nicht unbemerkt geblieben: Sogar Unterhaltung ist denkbar, denn der Cirque du Soleil hat Spot als potenzielles neues Truppenmitglied angefragt.

„Es ist wirklich ein Meilenstein für uns, von Robotern, die im Labor arbeiten, zu solchen zu kommen, die für die Arbeit im Feld abgehärtet sind“, sagt Marc Raibert, CEO von Boston Dynamics, in einem Interview.

Unser anderes Fotomotiv, Atlas, ist Boston Dynamics‘ größte Berühmtheit. Dieser 150 Zentimeter große Humanoide ist zu beeindruckenden sportlichen Leistungen fähig. Seine Aktuatoren werden von einem kompakten, aber leistungsstarken Hydrauliksystem angetrieben, das das Unternehmen von Grund auf neu entwickelt hat. Das einzigartige System verleiht dem 80 Kilogramm schweren Roboter die nötige Explosivkraft, um akrobatische Sprünge und Saltos auszuführen, die für einen so großen Humanoiden nicht möglich scheinen. Atlas hat eine Reihe von Parodievideos auf YouTube inspiriert und mehr als nur ein paar Witze über eine Roboterübernahme gemacht.

Boston Dynamics ist zwar ein hervorragender Hersteller von Robotern, muss aber erst noch beweisen, dass es sie auch verkaufen kann. Seit seiner Gründung im Jahr 1992 als Spin-off des MIT war das Unternehmen ein F&D-zentriertes Unternehmen, wobei die meisten seiner frühen Finanzmittel aus US-Militärprogrammen stammten. Der Schwerpunkt auf der Kommerzialisierung scheint sich nach der Übernahme durch SoftBank im Jahr 2017 verstärkt zu haben. Der Gründer und CEO von SoftBank, Masayoshi Son, ist bekannt dafür, dass er Roboter – und Gewinne – liebt.

Der Start von Spot ist ein wichtiger Schritt für Boston Dynamics, da das Unternehmen versucht, seine Kreationen zu „vermarkten“. Dennoch sagt Raibert, dass seine langfristigen Ziele die gleichen geblieben sind: Er möchte Maschinen bauen, die dynamisch mit der Welt interagieren, so wie es Tiere und Menschen tun. Hat sich denn überhaupt etwas geändert? Ja, eine Sache, fügt er schmunzelnd hinzu. Zu Beginn seiner Karriere als Roboterforscher schrieb er Arbeiten und zählte seine Zitate. Jetzt zählt er YouTube-Aufrufe.

• Im Rampenlicht

  

  Boston Dynamics hat Spot als vielseitiges mobiles Gerät konzipiert, das für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet ist. Das Unternehmen hat nicht bekannt gegeben, wie viel Spot kosten wird, sondern nur, dass er ausgewählten Kunden zur Verfügung gestellt wird, die den Roboter leasen können. Eine Ladebucht ermöglicht es, bis zu 14 Kilogramm zusätzliche Hardware auf dem Rücken des Roboters anzubringen. Eines der Zubehörteile, die Boston Dynamics anbieten will, ist ein Arm mit 6 Freiheitsgraden, mit dem Spot Objekte greifen und Türen öffnen kann.

• Super Senses

  

  Die Hardware von Spot ist fast vollständig speziell entwickelt. Sie umfasst leistungsstarke Prozessorkarten für die Steuerung sowie Sensormodule für die Wahrnehmung. Die Sensoren befinden sich an der Vorderseite, der Rückseite und den Seiten des Roboterkörpers. Jedes Modul besteht aus einem Paar Stereokameras, einer Weitwinkelkamera und einem Texturprojektor, der die 3D-Wahrnehmung bei schlechten Lichtverhältnissen verbessert. Die Sensoren ermöglichen es dem Roboter, die als SLAM (Simultane Lokalisierung und Kartierung) bekannte Navigationsmethode anzuwenden, um sich autonom fortzubewegen.

• Stepping Up

  

  Neben seinem autonomen Verhalten kann Spot auch von einem Fernbediener mit einem spielähnlichen Controller gesteuert werden. Aber auch im manuellen Modus verfügt der Roboter über ein hohes Maß an Autonomie. Wenn vor ihm ein Hindernis liegt, umgeht Spot es. Wenn es eine Treppe gibt, wird Spot sie hinaufsteigen. Der Roboter wechselt in diese Betriebsmodi und führt dann die entsprechenden Aktionen völlig selbstständig und ohne Eingaben des Bedieners aus. Um eine Treppe hinunterzugehen, geht Spot rückwärts, was laut Boston Dynamics mehr Stabilität bietet.

• Funky Feet

  

  Spots Beine werden von 12 speziell angefertigten Gleichstrommotoren angetrieben, von denen jeder ein Untersetzungsgetriebe hat, das ein hohes Drehmoment liefert. Der Roboter kann vorwärts, seitwärts und rückwärts laufen und mit einer Höchstgeschwindigkeit von 1,6 Metern pro Sekunde traben. Er kann sich auch auf der Stelle drehen. Andere Gangarten sind Krabbeln und Laufen. In einem sehr beliebten YouTube-Video zeigt Spot seine ausgefallene Fußarbeit, indem er zu dem Pop-Hit „Uptown Funk“ tanzt.

• Roboterblut

  

  Atlas wird von einem Hydrauliksystem angetrieben, das aus 28 Aktuatoren besteht. Diese Aktuatoren sind im Grunde genommen Zylinder, die mit Druckflüssigkeit gefüllt sind und einen Kolben mit großer Kraft antreiben können. Ihre hohe Leistung ist zum Teil auf speziell angefertigte Servoventile zurückzuführen, die deutlich kleiner und leichter sind als die Modelle aus der Luft- und Raumfahrt, die Boston Dynamics in früheren Entwürfen verwendet hatte. Obwohl von außen nicht sichtbar, sind die Innereien eines Atlas mit diesen hydraulischen Aktuatoren sowie den Flüssigkeitsleitungen, die sie verbinden, gefüllt. Wenn eine dieser Leitungen reißt, lässt Atlas die Hydraulikflüssigkeit ab, die zufällig rot ist.

• Next Generation

  

  Die aktuelle Version von Atlas ist ein gründliches Upgrade des ursprünglichen Modells, das für die DARPA Robotics Challenge im Jahr 2015 gebaut wurde. Der neueste Roboter ist leichter und wendiger. Boston Dynamics verwendete 3D-Drucker für die Herstellung wichtiger Strukturteile, wodurch der Roboter ein besseres Verhältnis von Stärke zu Gewicht aufweist als frühere Modelle. Der Atlas der nächsten Generation kann außerdem etwas, was sein Vorgänger bekanntermaßen nicht konnte: Er kann nach einem Sturz wieder aufstehen.

• Walk This Way

  

  Um Atlas zu steuern, übernimmt ein Bediener die allgemeine Lenkung über eine manuelle Steuerung, während der Roboter seine Stereokameras und sein Lidar nutzt, um sich an Veränderungen in der Umgebung anzupassen. Atlas kann auch bestimmte Aufgaben selbständig ausführen. Wenn Sie zum Beispiel spezielle Strichcode-Etiketten an Kartons anbringen, kann Atlas diese aufheben und stapeln oder in Regale stellen.

• Biologisch inspiriert

  

  Die Steuerungssoftware von Atlas sagt dem Roboter nicht ausdrücklich, wie er seine Gelenke bewegen soll, sondern verwendet mathematische Modelle der zugrunde liegenden Physik des Roboterkörpers und seiner Interaktion mit der Umgebung. Atlas verlässt sich auf seinen ganzen Körper, um zu balancieren und sich zu bewegen. Wenn er über ein Hindernis springt oder akrobatische Kunststücke vollführt, setzt der Roboter nicht nur seine Beine, sondern auch seinen Oberkörper ein und schwingt seine Arme, um sich wie ein Sportler voranzutreiben.

Dieser Artikel erscheint in der Printausgabe vom Dezember 2019 unter dem Titel „By Leaps and Bounds.“