Roboterhand: „Eiskaltes Händchen“ läuft und interagiert mit Umgebung

Wissenschaftler der Eidgenössisch Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) haben eine autonome Roboterhand entwickelt, die laufen und mit ihrer Umgebung interagieren kann. Die Hand ist an einer menschlichen Hand orientiert, verfügt also über unterschiedlich lange Finger. Die Herausforderung war, der Hand das Laufen beizubringen, ohne dass sie umkippt.

Die Roboterhand des Soft Robotic Labs der ETH Zürich erinnert an das „Eiskalte Händchen“ aus dem Film „The Addams Family“. Dort lief eine abgetrennte menschliche Hand durchs Haus der Addams Familiy, um etwa Botengänge zu erledigen.

Die Roboterhand der ETH Zürich ist an dieser Idee angelehnt. Ihr Aufbau gleicht dem einer menschlichen Hand mit fünf Fingern, die in ihrer Länge entsprechend unterschiedlich sind, wie aus der Studie „Fingers as Legs: Learning Self-Supported Locomotion and Manipulation with an Anthropomorphic Hand“ hervorgeht, die auf Arxiv im Preprint erschienen ist.

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Genau das stellte sich allerdings als Problem heraus. Die Hand konnte sich mit unterschiedlich langen Fingern als Beine nur eingeschränkt fortbewegen, da sie umkippte. Bei einem ähnlichen Projekt der schweizerischen École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) wurde das durch symmetrische, gleich lange Finger gelöst. Die Forscher der ETH Zürich wollten jedoch eine menschenähnlichere Roboterhand zum Laufen bringen. Denn die Hand soll zusätzlich mit Alltagsgegenständen umgehen können. Dafür ist es von Vorteil, wenn die Finger unterschiedlich lang sind.

Laufen lernen

Die Hand rüsteten die Wissenschaftler mit einem Mikrocomputer, Bewegungssensoren und einer Batterie aus. Mittels Reinforcement Learning (RL) brachten sie der Hand in Computersimulationen bei, sich laufend fortzubewegen, ohne das Gleichgewicht zu verlieren und umzukippen. In der Praxis konnte die Hand über 14 verschiedene Untergründe in Innen- und Außenbereichen kriechen. Dabei lief sie auf Teppichboden, Kies, Gras und über Metallgitter. Die Hand kann sich, falls sie auf die Seite fallen sollte, selbstständig wieder aufrichten.

Die Forscher brachten der Roboterhand auch bei, einfache Aufgaben auszuführen. So konnte sie etwa vier Pfeiltasten mit einem Finger betätigen, während sie auf den übrigen Fingern stand. In 29 von 32 Versuchen traf sie die korrekte Taste.

In einem weiteren Versuch sollte die Hand ein Objekt manipulieren. Die Roboterhand lief dabei auf einen kleinen Block zu, um ihn in einen zuvor definierten Zielbereich zu verschieben. Das gelang nach Angaben der Forscher in 15 Testläufen mit einer Abweichung von lediglich maximal zwei Zentimetern von der Zielposition.

Die Wissenschaftler der ETH Zürich sind überzeugt, dass eine solche Roboterhand auf vielfältige Weise in Alltagsumgebungen und bei Such- und Rettungsmissionen eingesetzt werden könnte.