- PhoneBot verwandelt alte Android-Smartphones in Laufroboter.
- Der Roboter nutzt kostengünstige DYNAMIXEL-Servomotoren für die Bewegungssteuerung.
- Der Laufcontroller trainiert ein neuronales Netz durch bestärkendes Lernen, um die Laufeffizienz zu verbessern.
- Derzeit verfügt er noch nicht über Arme; die Fortbewegung auf unebenem Gelände wird noch verbessert.
Ein Robotik-Projekt namens PhoneBot nutzt das Potenzial alter Android-Smartphones und schenkt ihnen ein zweites Leben. Das Open-Source-Projekt wurde vom Robotics and Mechanisms Laboratory der University of California, Los Angeles (UCLA) entwickelt. PhoneBot ist etwa 19 Zoll hoch, wiegt weniger als 4 Pfund. Die Forschenden nutzen ein gewöhnliches Smartphone als Rumpf und verwenden dessen Kamera, Bewegungssensoren, Prozessor sowie drahtlose Verbindungen für visuelle Wahrnehmung, Gleichgewichtssensorik und Bewegungsberechnung.
Die Kosten für den gesamten Roboterkörper, die Motoren und die unterstützenden Elektronikkomponenten belaufen sich auf rund US$400 (ca. HK$3.120), wobei das Smartphone den Hauptkostenfaktor darstellt. Um das Elektronikdesign zu vereinfachen, ist beim Austausch des Smartphones kein Neuverdrahten nötig. PhoneBot verwendet 13 kostengünstige DYNAMIXEL-Servomotoren: sechs pro Bein für Hüft-, Knie- und Sprunggelenk, plus ein Motor, der den Oberkörper drehen kann. Dieses Rumpfgelenk ermöglicht es der Smartphone-Kamera, bei stabilem Stand seitlich zu schwenken, was das Verfolgen von Personen erleichtert.
Training des Laufcontrollers durch bestärkendes Lernen
Ein kleiner Computer im Unterkörper empfängt per Wi-Fi die Befehle des Smartphones und wandelt sie in Motorpositionen um, sodass das Smartphone nicht direkt mit der Hardware verbunden sein muss. Das Forschungsteam testete vier Android-Geräte, darunter das Honor 9 von 2017 sowie zwei Budget-Modelle im Preisbereich von US$50 (ca. HK$390) bis US$80 (ca. HK$624). Alle vier Geräte konnten Kernaufgaben wie Laufsteuerung, Bewegungserkennung und grundlegende Bildverarbeitung ausführen. Dem älteren Honor 9 fehlten die für die Kartennavigation erforderlichen Google-Dienste.
Der Laufcontroller ist ein neuronales Netz, das vollständig in einer Simulationsumgebung durch bestärkendes Lernen trainiert wurde. Der virtuelle Roboter wurde für aufrechtes Stehen, abwechselnde Fußnutzung und Geschwindigkeitserhalt belohnt, während hohes Drehmoment, abruptes Abbremsen und einbeinige Belastung bestraft wurden. Da reale Motoren in Kraft und Geschwindigkeit begrenzt sind, wurden diese Beschränkungen in die Simulation aufgenommen. Frühe Ergebnisse waren ungleichmäßig, oft lastete ein Bein stärker. Das Hinzufügen gespiegelter Samples zum Vertauschen von linkem und rechtem Fuß im Training erzeugte gleichmäßigere Schritte, verringerte die Varianz zwischen Läufen und verbesserte die Lastverteilung.
PhoneBots Grenzen und Ausblick
Der physische Roboter kann auf ebener Fläche mit bis zu 0,5 Metern pro Sekunde (ca. 1,6 Fuß) laufen und sich nach einem Sturz wieder aufrichten. Die Android-App trifft Entscheidungen in Echtzeit; TensorFlow Lite führt die Lauf- und Aufsteh-Routinen etwa 50 Mal pro Sekunde aus und nutzt die eingebauten Sensoren des Smartphones. Die Kamera kann Personen und deren Position verfolgen, und auf unterstützten Geräten auch visuelle Kartierung betreiben – geeignet für Videokonferenzen und Fotografie. Spracherkennung und Sprachverarbeitung laufen derzeit noch auf einem nahegelegenen Laptop, doch mit fortschreitender Modellverbesserung könnte das Team diese Funktionen aufs Smartphone verlagern.
Derzeit verfügt PhoneBot noch nicht über Arme, weshalb er Gegenstände weder greifen noch tragen kann. Er wurde nur auf ebener Fläche getestet; Treppen, Rampen und unebene Untergründe befinden sich noch in der Erprobung. Die begrenzte Motorleistung schränkt zudem die Traglast und die Geschwindigkeit ein. Hardware und Software sind vollständig offen für interessierte Studierende, Forschungslabore und Bastler – ohne teure Spezialausrüstung oder Sensoren.
Das Potenzial offener Robotik-Technologie
Das PhoneBot-Projekt zeigt, wie sich die Fähigkeiten alter Smartphones für Innovationen in der Robotik nutzen lassen. Durch den Open-Source-Ansatz senkt das Projekt nicht nur die Kosten, sondern ermutigt auch Studierende und Forschende, sich an der Roboterentwicklung zu beteiligen. Mit fortschreitender Technologie könnten künftig weitere Anwendungsszenarien entstehen, insbesondere bei Videokonferenzen und automatisierten Aufgaben. Eine solche Entwicklung fördert nicht nur die Wiederverwendung von Ressourcen, sondern treibt auch die Verbreitung von Robotik-Technologie voran.