PhoneBot: Humanoider Open-Source-Roboter auf Basis eines alten Smartphones

Ein Forschungsteam der University of California Los Angeles (UCLA) hat einen 48 cm kleinen humanoiden Roboter entwickelt, der ein Android Smartphone mit seiner internen Sensorik und Kameras für die komplette Steuerung und Umgebungserfassung nutzt. Weitere Sensoren werden nicht benötigt. Der Open-Source-PhoneBot eignet sich als günstiger humanoider Roboter für die Forschung an Universitäten.

Der humanoide PhoneBot ist lediglich 48 cm groß und wiegt nur 1,8 kg. Das zentrale Element ist ein ausgedientes Android-Smartphone, wie die Wissenschaftler in der Studie „PhoneBot: A Low-Cost Open Humanoid Robot Platform Reusing Smartphones“ schreiben, die auf Arxiv im Preprint erschienen ist. Die Forscher verwenden ein Smartphone, weil es über genügend Rechenleistung zur Ansteuerung der Aktuatoren sowie die passenden Bewegungssensoren zur Lagefeststellung im Raum, Kameras, GPS sowie Wi-Fi zur Fernsteuerung verfügt.

Welches Smartphone verwendet wird, ist dabei nicht ganz so entscheidend. Getestet haben die Forscher ein Honor 9 des Modelljahrs 2017, ein Moto G 2025, ein Samsung Galaxy A16 5G und ein Moto G 2024. Die Geräte waren allesamt in der Lage, die grundlegenden Funktionen des Roboters abzubilden. Darunter fallen etwa die Bewegungssteuerung, die Auswertung der Sensorik und die Bildverarbeitung. Ein aktuelles High-End-Smartphone ist also nicht notwendig. Beim Honor 9 fehlte jedoch der Google-Dienst, um eine Kartierungsfunktion nutzen zu können. Sollen alle Funktionen verwendet werden, so muss vorab doch ein genauer Blick auf die Smartphone-Hardware und -Software erfolgen.

Training für stabiles Laufen

Der PhoneBot integriert bisher 13 Motoren. Sechs in jedem Bein und einen für die Drehung des Rumpfes. Da das System auch die Smartphonekamera zur Orientierung des Roboters nutzt, kann die Kameraansicht über das Schwenken des Rumpfes, in dem das Smartphone eingearbeitet ist, erfolgen, ohne dass sich der Roboter extra dafür über Beinarbeit positionieren muss. Über Arme verfügt PhoneBot derzeit noch nicht. Sie sollen in einem späteren Entwicklungsstadium folgen, heißt es von den Forschern.

Das Training der Bewegungssteuerung des PhoneBot erfolgte zunächst in einer Simulation. Dabei wurden bereits die physischen Beschränkungen der Roboter-Hardware wie etwa Motoren und Gelenke berücksichtigt, um das System bei bestimmten Bewegungen nicht zum Kollabieren zu bringen. Nach dem Training traten zunächst jedoch trotz des symmetrischen Aufbaus Unregelmäßigkeiten beim erzielten Gangbild des Roboters auf. Die Trainingsabläufe wurden deshalb gespiegelt, um ein gleichmäßiges Gangbild zu erzielen. Ein neues Training war dazu nicht nötig. Die Laufprobleme, wie etwa die unterschiedliche Belastung der Beine und Aktuatoren konnten so ohne großen Aufwand beseitigt werden. Außerdem wurde durch die einfache Spiegelung der Trainingsaufwand verringert. Nach der Übertragung der Trainingsinformationen auf den PhoneBot, konnte der Roboter laufen, einer Person folgen und selbstständig wieder aufstehen, falls er hingefallen sein sollte.

Das Laufen funktioniert derzeit nur in ebenem Gelände. Die Forscher wollen den Roboter zukünftig so trainieren, dass er sich auch in unebenem Gelände fortbewegen kann. Außerdem soll PhoneBot einfache Arme bekommen, um Objekte manipulieren zu können. Auch soll die derzeit über einen externen Rechner laufende Sprachsteuerung über das Smartphone realisiert werden.

PhoneBot ist als Open-Source-Projekt angelegt. Die UCLA-Wissenschaftler wollen damit Studierenden eine preisgünstige humanoide Roboter-Plattform für Experimente zur Verfügung stellen. Die Roboterkomponenten kosten etwa 400 US-Dollar. Das Smartphone ist dabei aber nicht inbegriffen.