20/07/2021
Door Ad Spijkers
Een promovendus aan de Westfälische Hochschule vertaalde het oriëntatievermogen van de woestijnmier naar lopende robots.
Mieren in Europa hebben het makkelijk. Ze gebruiken mierenwegen om zich te oriënteren, net als mensen wegen gebruiken om hun bestemming te vinden en terug naar huis te gaan. De woestijnmier Cataglyphis fortis (foto) heeft veel grotere problemen om zijn weg te vinden.
Deze mierensoort uit de onderfamilie van de schubmieren leeft in de zoutvelden van Tunesië en bereikt loopsnelheden van 62 cm/s (2,2 km/u). Sommige exemplaren lopen op vlak terrein met hun lange poten zelfs meer dan 1 m/s (3,6 km/u). In zijn natuurlijke habitat zijn er geen zichtbare oriëntatiepunten voor hem. Hij kan zich ook niet oriënteren op de geur van soortgenoten op dezelfde route naar voedsel of terug naar het nest, aangezien geuren in de woestijn verdampen. De mier staat er alleen voor.
Natuur als voorbeeld
"In de bionica heeft het feit dat het zijn nest nog steeds vindt, zelfs na uitgebreid foerageren onze nieuwsgierigheid gewekt", aldus Dr. Barbara Schlögl, die promoveerde aan het Westfälischen Institut für Bionik van de Westfälische Hochschule in Bocholt. Voor haar proefschrift bootste ze het vermogen van deze mier na om lopende robots zich te laten oriënteren. Haar proefschrift is tot stand gekomen in samenwerking met de leerstoel Mechatronica aan de Universität Duisburg-Essen.
Uit onderzoek wist ze al dat deze mier de zon gebruikt om zijn richting te bepalen en zijn poten om afstand en helling te bepalen. Hieruit bepaalt het dier de kortste route terug naar het nest. Schlögl heeft technisch bewezen dat het meten van beensterktes hiervoor voldoende is. De mier slaat de hoek van zijn zes poten ten opzichte van de grond op en daarmee ook de kracht die hij tijdens het lopen moet uitoefenen.
Hoek en kracht
Schlögl heeft ontdekt dat robots dit actieve systeem kunnen imiteren door kunstmatige intelligentie te gebruiken om de hellingshoek van de grond te bepalen aan de hand van het koppel in hun machinebeengewrichten. Dit betekent dat navigatie mogelijk is zonder hulpmiddelen van buitenaf. De promovendus probeerde het eerst uit op een eenbenig prototype en zette haar onderzoeksresultaten later over op een in de handel verkrijgbare zesbenige lopende robot. En het werkte.
De methode is een goed voorbeeld hoe mensen van de natuur kunnen leren. We kunnen de methoden gebruiken in de technologie en werktuigbouwkunde. Technisch gezien is het aantrekkelijk dat de robot geen extra hardware nodig heeft.
De volgende stappen zijn nu om over te gaan tot implementatie waar GPS niet beschikbaar of niet nauwkeurig genoeg is. Zowel de zoek- en reddingsapplicatie als ruimtevaartapplicaties behoren tot de mogelijkheden. Maar ook toepassing met enkele robotarmen en bijvoorbeeld handlingtaken zullen kunnen profiteren van een intrinsieke krachtbewakingsintelligentie. Het systeem is met opzet zeer open ontworpen zodat het op alle soorten robots kan worden geïmplementeerd.
Foto: Foto: Westfälische Hochschule/Tobias Seidl