Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Pressemeldung Nr. 106/2017 vom 10.04.2017

Roboter nach dem Vorbild der Mistkäfer

Internationales Forschungsprojekt unter CAU-Beteiligung erhält 1 Million Euro zur Entwicklung eines bionischen Roboters


Mistkäfer sind mit erstaunlichen Fähigkeiten ausgestattet: Sie sind besonders kräftig und können Dungkugeln mit der vielfachen Masse ihres eigenen Körpergewichts formen und rückwärts transportieren. Außerdem finden sie den Weg zu ihren Behausungen, indem sie sich am Sonnenstand orientieren. Diesen außergewöhnlichen Eigenschaften will nun ein internationales Forschungsteam von der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU), der Süddänischen Universität in Odense (SDU) und der schwedischen Universität Lund auf den Grund gehen. Professorin Emily Baird aus Lund, Stanislav N. Gorb, Professor für Funktionelle Morphologie und Biomechanik an der CAU, und ihr dänischer Kollege Professor Poramate Manoonpong aus Odense arbeiten zusammen, um nach dem Vorbild der erstaunlichen Tiere einen Roboter zu entwickeln. Dabei unterstützt sie die europäische „Human Frontier Science Program Organization“ (HFSPO), die ihnen in den kommenden drei Jahren umgerechnet insgesamt rund eine Million Euro zur Verfügung stellt.


Mistkäfer beim Transport einer Dungkugel.
Video: Prof. Emily Baird/Lund Vision Group, Universität Lund.


Mistkäfer übernehmen in der Natur die Rolle einer Müllabfuhr: Sie beseitigen und fressen die Hinterlassenschaften anderer Tiere. Mit ihren Hinterbeinen formen sie die namensgebenden Mistkugeln, die die zehnfache Masse ihres eigenen Körpergewichts erreichen können. Anschließend platzieren die Käfer ihre hinteren Extremitäten auf der Oberseite der Kugel, um sie sozusagen im Rückwärtsgang zu rollen und sich dabei mit den Vorderbeinen abzustoßen. Diese Fähigkeit wird noch verblüffender durch das dabei gleichzeitig eingesetzte Orientierungsvermögen der Tiere: „In verschiedenen Experimenten konnten wir zeigen, dass Mistkäfer sich am Himmel orientieren können. Sie nutzen dafür Informationen über den Sonnenstand, die Position des Mondes und sogar der Sterne“, sagt Professorin Emily Baird, Biologin an der Universität Lund. Wenn man den Tieren die Sicht auf den Himmel verdecke, so Baird weiter, verlören sie die Orientierung und verliefen sich. Zudem mache ihnen die Orientierung bei bewölktem Himmel Schwierigkeiten.

Einen wichtigen Anteil an den besonderen Fähigkeiten dieser Insekten haben die Struktur und die Eigenschaften ihre Extremitäten. Ihre sechs Beine können die Käfer für verschiedene Aufgaben einsetzen: Um Nahrung zu beschaffen, transportieren sie damit Dungbälle. Weiterhin sind sie in der Lage, ihre Nahrung mit Hilfe der Beine zu vergraben – ganz ähnlich wie es zum Beispiel Hunde tun. Professor Gorb an der CAU beschäftigt sich mit dem Zusammenspiel von Exoskelett und Muskeln, das diese Verhaltensweisen der Käfer ermöglicht. Der Biologe und Experte für Morphologie und Biomechanik will dabei herausfinden, wie die Beine und der Körper der Mistkäfer zum Erlangen seiner erstaunlichen Fähigkeiten optimiert sind. „Wir möchten zunächst die Biomechanik der Käfer im Grundsatz nachvollziehen und bisher ungenutzte Erkenntnisse daraus in die Robotik übertragen“, zeigt sich Gorb optimistisch.

Gemeinsam wollen die Forschenden in Kiel und Lund auf diesem Weg die mechanischen und sensorischen Prinzipien erforschen, die den Mistkäfer zu seinen besonderen Leistungen befähigen. Darauf aufbauend ist es Professor Poramate Manoonpongs Aufgabe, diese Erkenntnisse in die Entwicklung eines intelligenten Roboters einzubringen. Die Mistkäfer nutzten die Kapazität ihres relativ kleinen Gehirns sehr effizient, so Manoonpong von der SDU. „Das grundlegende Wissen über die Funktionsweise des Käfergehirns wollen wir einsetzen, um neuartige Roboter-Technologien zu entwickeln“, erklärt Manoonpong weiter. Sein Ziel innerhalb der dreijährigen Projektlaufzeit ist die Entwicklung eines autonomen Prototyps. Dieser Roboter soll ähnlich herausragende Bewegungseigenschaften wie sein natürliches Vorbild zeigen. Gemeinsam werden die Arbeitsgruppen in Kiel, Odense und Lund wertvolle Einblicke sammeln können, wie biomechanische und sensorische Prinzipien in die Entwicklung autonomer Roboter übertragen werden können.

Über das “Human Frontier Science Program”:
Das “Human Frontier Science Program” (HFSP) ist ein internationales Forschungsförderungsprogramm in den Lebenswissenschaften. Im Mittelpunkt stehen insbesondere neuartige, hochriskante Forschungsansätze, die die Grenzen des lebenswissenschaftlichen Forschungsfeldes erweitern sollen. Ziele der HFSP-Förderung sind zudem die Anbahnung internationaler Kooperationen, die Unterstützung von Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern und die Stärkung interdisziplinärer Kooperationen. Das HFSP-Programm gehört zu den wichtigsten und finanzkräftigsten internationalen Mittelgebern in der lebenswissenschaftlichen Forschung, insbesondere in der Nachwuchsförderung. Es wird von der Europäischen Unionen (EU) und zehn weiteren nicht-EU-Staaten getragen.


Text: Birgitte Dalgaard, SDU/Christian Urban, Universität Kiel

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Untersuchungen zu Verhalten und Biomechanik des Mistkäfers liefern die Grundlage zur Entwicklung eines autonomen Roboters.
Abbildung: Baird, Gorb, Manoonpong.

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www.uni-kiel.de/download/pm/2017/2017-106-1.jpg


Kontakt:
Prof. Stanislav N. Gorb
Funktionelle Morphologie und Biomechanik (AG Gorb),
Zoologisches Institut, CAU
Tel.: 0431 880-4513
E-Mail: sgorb@zoologie.uni-kiel.de

Weitere Informationen:
Funktionelle Morphologie und Biomechanik (AG Gorb),
Zoologisches Institut, CAU
www.uni-kiel.de/zoologie/gorb/

Funktionelle Zoologie, Universität Lund
www.biology.lu.se/emily-baird

Embodied Systems for Robotics and Learning, SDU
www.sdu.dk/embodiedsystems



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Text / Redaktion: ► Christian Urban