RAIBO2: Ein Paradigmenwechsel in der Energieeffizienz und Ausdauer vierbeiniger Roboter
Ein neuer Maßstab in der Robotik
Der vierbeinige Roboter RAIBO2 hat eine bemerkenswerte Leistung vollbracht: Er absolvierte als erster Roboter seiner Art einen vollständigen Marathon. Die Strecke von 42,195 Kilometern legte er in vier Stunden, 19 Minuten und 52 Sekunden zurück. Dieser Lauf, der im November 2024 im Rahmen des Sangju-Marathons in Südkorea stattfand, markiert einen signifikanten Fortschritt in der Entwicklung laufender Roboter. Bisher lag der Reichweitenrekord für Roboter mit Beinen bei etwa 20 Kilometern, was die begrenzte Akkulaufzeit und den hohen Energieverbrauch dieser Systeme widerspiegelt. RAIBO2 verdoppelte nicht nur diese Distanz, sondern demonstrierte auch eine bisher unerreichte Energieeffizienz.
Technische Innovationen und systematische Optimierung
Die Forscher um Jemin Hwangbo vom Korea Advanced Institute of Science and Technology analysierten systematisch die Energieverluste, die beim Laufen auftreten. Ein zentrales Problem bei Robotern mit Beinen ist der hohe Energieaufwand, der notwendig ist, um das eigene Gewicht zu tragen. Die Forscher untersuchten, wie sich verschiedene Verlustquellen gegenseitig beeinflussen. Eine Maßnahme, die an einer Stelle Energie spart, kann den Verbrauch an anderer Stelle erhöhen. Beispielsweise entlastet ein optimiertes Getriebe zwar den Elektromotor, erhöht jedoch die Trägheit des Beins und damit die Energieverluste beim Aufsetzen der Füße.
Um diese Herausforderungen zu meistern, optimierten die Forscher Mechanik, Elektronik und Steuerung gleichzeitig. Die Beine von RAIBO2 sind extrem leicht, die Schaltkreise besonders effizient, und die Bewegungsabläufe wurden mithilfe maschinellen Lernens optimiert. Eine der innovativsten Techniken besteht darin, dass der Roboter seine Füße unmittelbar vor dem Bodenkontakt verlangsamt, um Energieverluste zu minimieren. Auf abschüssigen Passagen kann RAIBO2 zudem einen Teil seiner Energie zurückgewinnen, was den zusätzlichen Energiebedarf von Anstiegen ausgleicht. Während des Marathons bewältigte der Roboter 286 Höhenmeter und Steigungen von bis zu 18,4 Grad sowie rutschige Streckenabschnitte, darunter mit Laub bedeckter Asphalt.
# Energieeffizienz im Vergleich: Roboter vs. Mensch
RAIBO2 erreichte einen durchschnittlichen Energieaufwand von 0,25 Joule pro Meter und Kilogramm. Diese Kennzahl, die den Energieverbrauch in Relation zum Gewicht und zur zurückgelegten Strecke setzt, liegt unter dem für Menschen angegebenen Wert von 0,37 Joule pro Meter und Kilogramm. Damit ist RAIBO2 der erste vierbeinige Roboter, der diesen Wert unterschreitet. Diese Effizienz ist besonders bemerkenswert, da der Roboter während des Marathons lediglich 1280 Wattstunden verbrauchte, obwohl sein Akku eine Kapazität von 1930 Wattstunden besaß. Dies deutet darauf hin, dass RAIBO2 mit einer Akkuladung noch weitere 25 Kilometer hätte zurücklegen können.
Praktische Anwendungen und zukünftige Forschungsfelder
Die Fortschritte, die mit RAIBO2 erzielt wurden, eröffnen neue Perspektiven für den Einsatz von Robotern in anspruchsvollen Umgebungen. Roboter mit Beinen eignen sich besonders für Rettungseinsätze in unwegsamem Gelände, etwa in Gebirgsregionen oder Katastrophengebieten. Dort können sie über Geröll, Treppen und unebene Flächen navigieren, wo Roboter auf Rädern an ihre Grenzen stoßen. Die begrenzte Akkulaufzeit war bisher ein zentrales Hindernis für den praktischen Einsatz solcher Systeme. RAIBO2 zeigt, dass durch gezielte Optimierungen deutlich größere Reichweiten möglich sind.
Die Erkenntnisse der Forscher könnten auch für andere Robotertypen wegweisend sein. Besonders vielversprechend sind zweibeinige Roboter oder hybride Systeme, die Räder und Beine kombinieren. Allerdings bleibt eine zentrale Herausforderung: RAIBO2 wurde während des Marathons von Menschen gesteuert. Für einen autonomen Einsatz müsste der Roboter in der Lage sein, seine Route selbst zu planen und dabei nicht nur Hindernisse, sondern auch den Energieverbrauch verschiedener Routen und Umgebungen zu berücksichtigen. Die systematische Analyse der Energieverluste, die in dieser Studie durchgeführt wurde, könnte hierfür eine wertvolle Grundlage bieten.
