Roboterhunde lernen von Insekten das Sehen im Dickicht
Mona Hopfinger
Forscher der JKU haben gemeinsam mit internationalen Partnern das Sehverhalten von Heuschrecken auf vierbeinige Laufroboter übertragen. Die Maschinen können dadurch dichte Vegetation durchdringen und verdeckte Objekte erkennen.
Ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung des Instituts für Computergrafik der Johannes Kepler Universität Linz hat eine neue Methode entwickelt, mit der autonome Roboter durch dichtes Unterholz hindurchsehen können. Die Wissenschaftler orientierten sich dabei an einer Strategie aus der Natur: dem rhythmischen Körperbewegen von Insekten.
Heuschrecken und Gottesanbeterinnen nutzen eine besondere Technik, um trotz ihrer winzigen Gehirne und Facettenaugen Entfernungen einzuschätzen. Sie bewegen ihren Körper rhythmisch von Seite zu Seite – ein Verhalten, das in der Biologie als „Peering“ bezeichnet wird. Durch diese seitlichen Bewegungen entsteht ein optischer Effekt, der es den Tieren ermöglicht, Distanzen zur Beute zu erkennen und Gefahren im Dickicht frühzeitig wahrzunehmen.
Bewegungsparallaxe macht Tiefe sichtbar
Durch gezielte Körperbewegung entsteht eine Bewegungsparallaxe – nahe Objekte bewegen sich im Sehfeld schneller als entfernte –, wodurch Insekten trotz starrer oder eng beieinanderliegender Augen räumliche Tiefe wahrnehmen können. In der Robotik genutzte 2D-Bilder oder 3D-Sensorwerte stammen meist aus statischen Positionen; versperren Blätter, Äste oder dichtes Gras die Sicht, scheitern selbst modernste KI-Modelle an der Szeneninterpretation.
Virtuelle Linse durch aktive Bewegung
In der Forschungsstudie führen die vierbeinigen Laufroboter nun aktive Oberkörperbewegungen aus, die exakt dem Peering von Insekten nachempfunden sind. Die während der Bewegung erfassten Einzelbilder werden rechnerisch zu einer riesigen „virtuellen Linse“ überlagert – die Vordergrundvegetation verschwimmt, verdeckte Objekte treten dahinter scharf hervor. Erst durch dieses aktive Peering können nachgelagerte KI-Vision-Reasoning-Modelle die verdeckte Szenerie zuverlässig identifizieren und verstehen. Die robotische Nachahmung der Insektenmotorik liefere laut den Forschern erstaunliche Ergebnisse. „Insekten zeigen uns, dass Wahrnehmung kein passiver Vorgang ist, sondern ein aktives Verhalten. Indem wir Robotern ermöglichen, sich wie Insekten zu verhalten, lösen wir eines der hartnäckigsten Probleme der visuellen Exploration im Freigelände“, erklärt Univ.-Prof. Dr. Oliver Bimber von der JKU.
Zusammenarbeit von Zoologie, Robotik und Informatik
In enger Zusammenarbeit von Experten aus der Zoologie, Robotik und Informatik wurde das Peering-Verhalten mathematisch modelliert und auf die Kinematik von Laufrobotern übertragen. An der Forschungskooperation waren neben der JKU auch die Universitäten Bozen, Trento und Sussex beteiligt.
Die Forschungsergebnisse wurden im renommierten Journal Science Robotics veröffentlicht.
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