Die NASA entwickelt einen humanoiden Roboter, der einer zukünftigen bemannten Mars-Mission vorausgeschickt werden soll. Bis „Valkyrie“ allerdings autonom auf einem fremden Planeten arbeiten kann, ist noch einiges an Forschungsarbeit notwendig.
Ein großes Ziel der NASA ist eine Mission zum Mars. Bevor jedoch ein Mensch den Roten Planeten betreten wird, sollen zunächst Roboter die gefährliche Vorarbeit leisten. „Fortschritte in der Robotik, inklusive der Mensch-Roboter-Kollaboration, sind essentiell, um die Fähigkeiten zu schaffen, die für unsere Reise zum Mars erforderlich sind“, so Steve Jurczyk, Administrator des Space Technology Mission Direktorats im NASA-Hauptquartier in Washington. Seit einigen Jahren entwickelt die US-amerikanische Raumfahrtbehörde dazu den R5 weiter, einen vom Johnson Space Center konstruierten humanoiden Roboter. Seine Konstruktion mit zwei Beinen, zwei Armen und einem Kopf ermöglicht es dem Roboter, neben Menschen zu arbeiten oder hochriskante Aufgaben anstelle des Menschen zu übernehmen.
Gelenkige Valkyrie
Die NASA nennt ihr Modell „Valkyrie“, nach der Götterbotin der nordischen Sagenwelt. Der rund 180 Zentimeter große Roboter wiegt 136 Kilogramm und läuft nahezu wie ein Mensch. 28 drehmomentüberwachte Gelenke ermöglichen ihm eine Vielzahl von Bewegungen. Alleine jeder Oberarm ist mit vier hintereinandergeschalteten elastischen Drehantrieben ausgestattet und hat, zusammen mit dem Unterarm, sieben Gelenke. Ein weiterer Drehantrieb erlaubt die Rotation des Handgelenks, Linearantriebe kontrollieren die Neigung und den Gierwinkel. Eine vereinfachte humanoide Hand mit drei Fingern und einem Daumen ermöglicht das Greifen unterschiedlicher Objekte. So kann der R5 sogar einen Türgriff drehen. In dem Becken des Roboters sind drei weitere Drehantriebe untergebracht, die eine Bewegung in der Taille sowie im Hüftgelenk steuern.
Mehr als 200 Sensoren
Seine Umgebung nimmt er über einen multimodalen Sensor der Firma Carnegie Robotics wahr: Das System erfasst über einen Laserscanner sowie eine Stereokamera Entfernungsdaten, ergänzend liefert es auch ein Videobild der Umgebung. Weitere Kameras sind im Torso untergebracht. Mehr als 200 Sensoren produzieren zusätzliche Informationen; alleine jede Hand ist mit 38 Sensoren ausgestattet (sechs auf der Handfläche und jeweils acht entlang jedem seiner vier Finger). Valkyrie verarbeitet all diese Daten mit zwei Intel Core i7 COM Express-Prozessorkernen.
Roboter funktionieren nicht immer
Doch bis dieser Roboter tatsächlich zum Mars geschickt werden kann, ist noch einiges an weiterer Entwicklungsarbeit notwendig. Die NASA hat daher unter anderem drei Universitäten beauftragt, bestimmte Funktionen zu verbessern. So wird am MIT, der University of Edinburgh und an der Northeastern University in Boston an den autonomen Funktionen, an der Umgebungswahrnehmung und einer Optimierung der Bewegungen gearbeitet. Dass das nötig ist, weiß Sarah Hensley, die als MIT-Studentin an der Steuerung des Ellbogens arbeitet: „Oft erzittert Valkyrie und fällt hin, sobald er eingeschaltet wird und sich bewegt. Roboter funktionieren halt manchmal und manchmal nicht. Das ist unsere Herausforderung.“
Eine Million Dollar für den Sieger
Zusätzliche Impulse zur Verbesserung von Valkyrie will die NASA daher durch einen Wettbewerb setzen: Wer es schafft, dass ein virtuelles Modell des R5 in einer digitalen Umgebung die Schäden eines Sandsturms an einem Mars-Habitat repariert, erhält eine Million Dollar. Im Einzelnen soll er eine Satellitenschüssel ausrichten, eine Solaranlage reparieren und ein Leck im Habitat flicken. Die Gewinner werden Ende Juni 2017 bekannt gegeben. Die Software, die in diesem Wettbewerb entwickelt wird, soll auf andere Robotersysteme transferiert werden können. So soll die neue Technologie auch älteren Robotern zugutekommen wie auch zukünftigen Systemen. „Präzise und fingerfertige Roboter, die in der Lage sind, auch mit einer verzögerten Kommunikation zu arbeiten, könnten in Raumflug- und Bodenmissionen zum Mars und anderswo für riskante und komplizierte Aufgaben genutzt werden, die entscheidend für die Unterstützung unserer Astronauten sein werden“, so Monsi Roman, Programm-Manager der Centennial Challenges der NASA.