Flinker Begleiter

Ob Pflastersteine, Lagerboden oder Rampen: »evo- BOT« behält in jeder Situation das Gleichgewicht und kann logistische Aufgaben erledigen, für die bisher mehrere verschiedene Roboter im Einsatz sein mussten. Seine Fähigkeiten verdankt er der innovativen Konstruktion der Fraunhofer-Forschenden.

Der grau-weiße, kantige Roboter wirkt konzentriert, als er mit seinem fokussierten Blick einen Basketball entgegennimmt. Dafür fährt er seine Arme nach oben, greift den Ball aus den Händen eines Mitarbeiters und hält ihn fest. Auf seinen beiden Beinen rollt er anschließend durch die Halle. Wenn es schneller gehen soll, lehnt sich der Roboter nach vorne – und beschleunigt so auf bis zu 10 m/s. »evoBOT« begründet mit seinen Fähigkeiten eine neue Generation von autonomen Robotern. Auf der Intralogistik- Messe LogiMAT 2022 stellten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer IML ihre neue Entwicklung zum ersten Mal vor.

Mit evoBOT haben sie den Prototyp eines agilen und dynamisch stabilen Roboters auf zwei Rädern entwickelt. Mit seinem extremen Beschleunigungsvermögen und seiner maximalen Geschwindigkeit von 10 m/s ist er außerdem im Hochleistungsbereich anzusiedeln. »In dieser Kombination von Fähigkeiten liegt die nächste Evolutionsstufe der autonomen, mobilen Roboter, was dem evoBOT seinen Namen gab«, erklärt Mathias Rotgeri, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IML. Der Name evoBOT setzt sich zusammen aus Evolution und Robot.

Anders als bisherige Roboter kann evoBOT logistische Güter nicht nur schieben oder ziehen: Er ist zudem in der Lage, Objekte wie Kisten und Pakete zu wenden und anzureichen. Außerdem kann er Rampen und Kanten bewältigen – und auch holpriges Pflaster im Außenbereich stellt kein Hindernis für ihn dar. Dass er dabei immer das Gleichgewicht hält, verdankt er dem Prinzip des inversen Pendels. Mithilfe der Pendelbewegung kann der Roboter Objekte direkt vom Boden oder vom Förderer anheben und in unterschiedlichen Höhen wieder abgeben. »evoBOT bewältigt viele intralogistische Aufgaben, für die bislang unterschiedliche Robotertypen im Einsatz sein mussten«, sagt Mathias Rotgeri. »Außerdem erleichtert sein bioinspiriertes Design die Interaktion zwischen Menschen und dem Roboter, sodass evoBOT zu einem persönlichen Assistenten werden kann.«

Die Grundlage für die Entwicklung des Roboters ist der neue Forschungszweig der Simulationsbasierten Künstlichen Intelligenz. Dank moderner Grafikkarten lassen sich damit hochkomplexe Vorgänge in Echtzeit simulieren. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer IML erfassen dafür die Bewegungen des Roboters und gleichen sein Verhalten in der Simulation mit dem des realen Fahrzeugs ab. So können sie das Simulationsmodell optimieren: Je mehr sich die Differenz von Modell und Realität reduziert, umso mehr wird der Roboter zum cyberphysischen Zwilling der Simulation. Dieses Vorgehen ermöglicht es, Entwicklungszeiten deutlich zu reduzieren: Die Forschenden können beispielsweise Prototypen von Robotern in der digitalen Realität testen, bevor sie gebaut werden. Außerdem lassen sich die Entwicklungen von Hardware und Software auf diesem Wege entkoppeln.  Es entsteht das sogenannte »Robotik-Kontinuum«, ein Digitales Kontinuum der Entwicklung. evoBOT stellt dadurch wie der Roboter O³dyn (siehe S. 35) zusätzlich eine Entwicklungsplattform dar: »Wir verwenden das Fahrzeug einerseits für die Entwicklung von Software und Sensorkomponenten, andererseits soll auch evoBOT selbst für Anwendungsfälle optimiert werden«, erklärt Mathias Rotgeri.

Die Funktionsweise des inversen Pendels entwickelten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Rahmen des Projekts »OpenDynamics«, das Teil des vom Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) geförderten Forschungsvorhabens Silicon Economy ist. Die Baupläne für die erste Pendelstufe des Fahrgestells sowie Komponenten für die Navigations- und Lokalisierungssoftware werden deshalb als Open-Source-Software über die Plattform der »Open Logistics Foundation« zur Verfügung gestellt. Die Stiftung wurde 2020 gegründet und hat das Ziel, mithilfe von Open-Source-Anwendungen die Digitalisierung in der Logistik und im Supply Chain Management von Unternehmen voranzutreiben.