Was Roboter von dreibeinigen Hunden lernen können

Der Verlust eines Hinterbeins beeinträchtigt die Koordination eines Hundes weniger als der eines Vorderbeins - Kompensationstechniken dienen künftiger Koordination von Laufrobotern

Bewegung eines dreibeinigen Hundes
Bewegung eines dreibeinigen Hundes

Jena/Prag (Tschechien) - Hunde mit Handicap sollen helfen, Laufroboter auf mögliche Schäden vorzubereiten. So haben Jenaer Bewegungsforscher untersucht, wie Hunde ihren Gang verändern, wenn sie - etwa durch einen Unfall - ein Bein verloren haben. Überraschend: Wurde ein Hinterbein amputiert, so können sich die Hunde einfacher an die neue Situation anpassen als beim Verlust eines Vorderbeins. Vermutlich liegt das an der stärkeren Belastung der vorderen Läufe, vermuten die Forscher. Sie präsentierten ihre Ergebnisse diese Woche auf der Internationalen Konferenz der Society for Experimental Biology in Prag.

"Die natürliche Laufbewegung ist für vier Beine ausgelegt, weshalb beinamputierte Tiere ihr Fortbewegungssystem komplett neu organisieren müssen", erklärt Martin Groß vom Lauflabor des Instituts für Sportwissenschaft der Universität Jena. Sein Team hatte die Fortbewegung dreibeiniger Hunde mithilfe von Infrarotkameras im Detail aufgezeichnet. Die Tiere liefen je zwei Minuten lang auf einem Laufband, während zehn damit synchronisierte Hochgeschwindigkeits-Kameras die Bewegung reflektierender Marker auf ihrer Haut festhielten. Aus den Bahnkurven der einzelnen Körperteile über die Zeit und komplexen Vergleichen der Bewegungscharakteristiken, auch mit gesunden Hunden, erstellten die Forscher dreidimensionale Rechenmodelle, die den Bewegungsablauf beinamputierter Hunde abbilden.

Sowohl fürs Gehen als auch fürs Laufen zeigte sich: Fehlt ein Vorderbein so müssen die Tiere den Verlust weitaus stärker kompensieren, als wenn ein Hinterbein amputiert wurde. Beim fehlenden Hinterbein zeigen sie kaum oder gar keine Kompensationsstrategie und bewegen ihre Vorderbeine weiterhin wie vierbeinige Hunde. Beim amputierten Vorderbein hingegen müssen alle drei verbleibenden Läufe sich in ihren Bewegungsabläufen und der Koordination untereinander verändern. Das ist vermutlich auf die Lastenverteilung zurückzuführen, vermuten die Forscher, denn Hunde stützen ihr Körpergewicht mehr auf die vorderen Läufe.

Die Studie ist Teil eines EU-Projektes namens "Locomorph", das die Effizienz und den Einsatz von Laufrobotern in unbekannter Umgebung verbessern soll. Biologen, Physiker und Ingenieure aus Dänemark, Belgien, der Schweiz und Kanada arbeiten mit. Auch Laufroboter können per Unfall eins ihrer Beine verlieren - oder durch Ausfall eines Bauteils am normalen Fortkommen gehindert werden. Für diesen Fall muss ihre Software Kompensationsstrategien enthalten und das verbliebene Bewegungssystem neu organisieren. Grundsätzlich ist die Fortbewegung von Tieren in natürlicher Umgebung auf eine gerade Zahl von Gliedmaßen ausgelegt, so Groß. Das Team will seine Erkenntnisse nun mithilfe einer größeren Anzahl an Hunden und auch anderen Tieren erweitern. Mitte Juli steht ein Projektmeeting aller Locomorph-Teams in Jena auf dem Programm.