Analoge Roboter

Ein analog gesteuerter Roboter verwendet analoge Schaltkreise, um einfache Ziele zu erreichen, die keine Planung erfordern. Die ersten analogen Roboter wurden 1948 von William Grey Walter gebaut. Sie waren bereits imstande Lichtquellen zu folgen und selbstständig eine Ladestation anzufahren, wenn die Batterie leer wurde.

BEAM Roboter

In den 90er Jahren entwickelte allen voran der Physiker Mark Tilden viele analoge Roboter, die oftmals lediglich mit diskreten elektronischen Bauteilen aufgebaut waren. Nichtsdestotrotz waren sie im Stande, komplexe Bewegungen zu generieren. Weil die verwendeten Schaltkreise dabei biologische Neuronen nachahmen, hat sich für diese Konstruktionsweise der Begriff BEAM-Roboter etabliert: „BEAM“ steht dabei für Biologie, Elektronik, Aesthetisch und Mechanisch. Solche analogen Steuerungen sind zwar nicht so flexibel wie jene mit Mikroprozessoren, jedoch erfüllen sie die Aufgaben, für die sie vorgesehen sind meist sehr zuverlässig und effizient. Roboter die sowohl analoge Elektronik wie auch Prozessoren enthalten werden als „Mutanten“ bezeichnet. 

Braitenberg Vehikel

Noch bevor die BEAM-Roboter populär wurden und viele „Maker“ auf der ganzen Welt unterschiedlichste dieser kleinen Roboterwesen kreierten, veröffentlichte 1984 der Südtiroler Hirnforscher und Kybernetiker Valentin Braitenberg seine Gedankenexperimente zu den s.g. Braitenberg-Vehikel. Diese einfachen mit Sensoren ausgestatteten Roboter-Fahrzeuge reagieren autark auf Umweltreize. Durch eine direkte Kopplung der Aktoren (Antriebsmotoren) an die Sensoren werden die Antriebsräder gesteuert. Wenn auch die meisten realen Umsetzungen der Braitenberg-Vehikel fahrbar mit zwei Antriebsrädern ausgestattet sind, so könnten sie sich im Allgemeinen auch krabbelnd, schwimmend oder fliegend fortbewegen.

 

Es ist eine Vielzahl an unterschiedlichen Sensoren einsetzbar, die z.B. Helligkeit, Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, Schall, Magnetfelder usw. detektieren. Ein Sensor kann dabei mehrere Aktoren beeinflussen und die Art der Beeinflussung kann über beliebig komplexe mathematische Funktionen erfolgen. Bereits bei sehr einfachen Arten dieser Kopplung entstehen mehr oder weniger zielgerichtete Bewegungsvarianten, die vielfach mit Computerprogrammen simuliert wurden. Braitenberg zog Parallelen zu simplen biologischen Lebensformen und verglich die Verhaltensweisen seiner künstlichen „Wesen“ mit Emotionen wie Furcht, Aggression, Liebe oder Neugier.

 

In der Abbildung sind vier der klassischen Braitenberg-Vehikel zu sehen. Sie besitzen zwei Helligkeitssensoren auf der Vorderseite und die Abhängigkeit der Motoren von den Sensoren erfolgt linear. Wir variieren lediglich folgende zwei Parameter:

  • Der jeweils gekoppelte Motor und Sensor liegt auf derselben Seite des Vehikels oder auf der gegenüberliegenden.
  • der Einfluss des Sensors wirkt verstärkend („+“ je heller desto schneller) oder hemmend („-“ je heller desto langsamer).
Vier mögliche Verhaltensmuster eines Braitenberg Vehikels bei Annäherung an eine Lichtquelle
Vier mögliche Verhaltensmuster eines Braitenberg Vehikels bei Annäherung an eine Lichtquelle