Nicht nur Biologen sind fasziniert von Kängurus, ihre spezielle Fortbewegungsart – Sprünge über zehn oder zwölf Meter sind keine Seltenheit – fordert auch Wissenschaftler anderer Fachgebiete heraus. Wie schaffen es die Beuteltiere, so weit zu hüpfen? Welche Rolle spielt dabei der Schwanz? Wie bringt das Känguru seine Hinterbeine in der Flugphase nach vorne? Was passiert bei der Landung? Fragen über Fragen, denen ein Entwicklerteam des Bionic Learning Network der Festo AG nachgegangen ist – mit dem Ziel, das Sprungverhalten des Kängurus nachzubilden.

Das Esslinger Unternehmen beschäftigt sich schon seit den 90er Jahren mit Bionik, also damit, Phänomene aus der Natur in die Technik zu übertragen. Die künstliche Libelle, den BionicOpter, hatte der Innovationsführer für Automatisierungstechnik bereits auf der Hannover Messe 2013 durch die Luft fliegen lassen. Vor zwei Wochen nun kam das BionicKangaroo dazu, das High-Tech-Beuteltier, an dem zwei Forscher der Uni Ulm nicht ganz unbeteiligt waren: Prof. Knut Graichen und sein Mitarbeiter Sebastian Hentzelt.

Die beiden Wissenschaftler liefern die innovative Regeltechnik für das rund ein Meter große und sieben Kilogramm schwere künstliche Tierchen, das heißt: Sie bringen es zum Hüpfen. Eine Herausforderung der besonderen Art, denn die koordinativen Fähigkeiten des Vorbilds aus dem australischen Outback sind nicht ohne. Es springt ab, fliegt, landet – und das unfallfrei. Denn der Schwanz sorgt für die Balance nicht nur im Stand, sondern auch in der Flugphase. In der Natur funktioniert der Sprung so: Das Känguru kann die bei der Landung frei werdende Energie zwischenspeichern und für den nächsten Sprung wieder einsetzen. Die verstärkte Achillessehne wirkt wie eine Feder, „das Känguru kann mit minimalem Energieaufwand springen, das ist einmalig in der Tierwelt“, sagt Graichen.

Und das künstliche Känguru der Festo AG? Federn und Druckluftzylinder in den Beinen sorgen dafür, dass das Tier abspringt und die Energie bei der Landung aufnimmt. All das muss gesteuert werden, aber nicht nur das. Die Stellung des Schwanzes und der Winkel der Hüfte müssen geregelt werden, um das Tier im Gleichgewicht zu halten. In jeder Phase der komplexen Bewegung, beim Absprung, im Flug, bei der Landung. Was nützt es, wenn das Känguru zwar kräftig abspringt, aber dann die Beine nicht rechtzeitig nach vorne bekommt, um sicher zu landen? Dass das Tier auf dem Beutel landet, kann man sich leicht ausmalen. Um Unfälle dieser Art zu vermeiden, haben Graichen und Hentzelt auf der Basis eines mathematischen Modells die Regelungstechnik entwickelt, die in Sekundenbruchteilen dem BionicKangaroo Stabilität verleiht. Schließlich dauert ein 40 Zentimeter hoher und 80 Zentimeter weiter Sprung gerademal 0,3 bis 0,4 Sekunden. Die Gleichungen sehen für Laien abenteuerlich aus, „auf eine Tafel passen sie nicht mehr. Dafür braucht man den Computer.“

Ein Jahr hatten die beiden Forscher dafür Zeit, „ein intensives Jahr, für Festo und für uns“, sagt Graichen. Immer wieder mussten Veränderungen am Känguru vorgenommen werden, „Regelungstechnik und Hardware greifen ja ineinander“. Die Experten sprechen dann von Iteration, der schrittweisen Annährung an die optimale Lösung. Und die hat die Natur vorgegeben.

Info: Wer das BionicKangaroo hüpfen sehen will, kann dies hier.