Robots zijn op sommige vlakken niet meer van mensen te onderscheiden. En ze kunnen vele malen sneller rekenen, schrijven en denken dan alle levende wezens, maar in één ding zijn dieren nog altijd beter: lopen.
Onderzoekers van de University of Colorado Boulder analyseerden data van tientallen studies en concluderen: als een robot en een dier een hardloopwedstrijd zouden houden, wint het dier. Allerlei dieren zoals cheeta’s, kakkerlakken en zelfs mensen lopen hun robottegenhanger eruit. “Als techneut is het nogal teleurstellend”, zegt robotwetenschapper Kaushik Jayaram. “Na tweehonderd jaar aan technische ontwikkeling kunnen we ruimtevaartuigen naar de maan en Mars sturen en nog zo veel meer. Maar het is opmerkelijk dat we nog altijd geen robots hebben die beter zijn dan biologische systemen in voortbeweging in een natuurlijke omgeving.”
Meer dan de som der delen
Dat robots zo sloom zijn, komt niet doordat onderdelen, zoals batterijen of de aandrijving, niet goed genoeg zijn. Het probleem is dat die onderdelen niet goed genoeg samenwerken. De Amerikaanse wetenschappers proberen dat nu op te lossen door een supersnelle robot te ontwikkelen die werkt als een wolfspin. “Wolfspinnen zijn natuurlijke jagers. Ze leven onder rotsen en kunnen met een ongelooflijke snelheid over ongelijk terrein rennen om een prooi te vangen.” Jayaram vindt dat zijn robots daar een voorbeeld aan kunnen nemen. “Dieren zijn in zekere zin de belichaming van het ultieme designprincipe, een systeem dat heel erg goed gezamenlijk functioneert”, aldus Jayaram.
Geen kakkerlak en geen cheeta
In eerder onderzoek probeerde hij samen met collega’s van Harvard een aantal robots te maken die het gedrag van een kakkerlak konden nabootsen. De piepkleine machientjes, zo groot als een eurocent, konden net zo hard sprinten als een cheeta maar wel alleen vooruit en achteruit. Op zij of over een oneffen terrein ging het een stuk minder lekker. Kakkerlakken daarentegen lopen net zo makkelijk over porselein als door het grind en rennen zelfs tegen de muren op of drukken zich in kleine scheuren. De robots komen daar niet eens bij in de buurt.
Vijf subsystemen
Om te snappen waarom dit soort bewegingen een uitdaging blijft voor robots maakten de wetenschappers in de nieuwe studie onderscheid tussen vijf subsystemen: kracht, lichaamsbouw, aandrijving, sensoren en controle. En tot hun grote verrassing haalden de meeste systemen gemakkelijk het niveau van hun equivalent bij dieren. Zo leveren de batterijen 10 kilowatt energie per kilo lichaamsgewicht. Dierlijk weefsel daarentegen produceert hooguit een tiende daarvan. Ondertussen zijn spieren ook nooit zo krachtig als motoren. “Maar op systeemniveau zijn robots niet zo goed”, verklaart Jayaram. “Als we optimaliseren voor het ene ding, zoals voorwaartse snelheid, verliezen we op een ander onderdeel, zoals de mogelijkheid om te draaien.”
Dus het probleem dat de techneuten moeten oplossen is: hoe kunnen ze robots bouwen, die net als dieren, meer zijn dan hun som der delen? Dieren zijn niet opgesplitst in gescheiden subsystemen, zoals robots. “Je quadriceps bijvoorbeeld laat je benen bewegen, zoals de aandrijving van een robot zijn ledematen in gang zet. Maar jouw beenspieren produceren ook hun eigen kracht door vetten en suikers af te breken en er zijn neuronen die pijn en druk voelen”, legt Jayaram het verschil met een robot uit.
De natuur als leraar
Hij denkt daarom dat er “functionele subunits” moeten komen, die hetzelfde doen: in plaats van de energiebron gescheiden te houden van de motoren en printplaten, kun je beter alles integreren in één onderdeel net als bij mensen en dieren het geval is. “De natuur is een hele nuttige leraar”, besluit Jayaram, die ook laat weten dat zijn team weliswaar stapjes in die richting zet, maar dat er ook nog een lange weg te gaan is voordat robots net zo goed kunnen bewegen als dieren.
