Ein altes Handy landet meistens in der Schublade. Forscher der University of California in Los Angeles haben jedoch eine neue Aufgabe dafür gefunden. Sie bauten einen kleinen humanoiden Roboter, der statt teurer Elektronik ein gewöhnliches Android-Smartphone verwendet. Das Handy dient ihm als Augen, Gleichgewichtssinn und Gehirn. Der Roboter namens PhoneBot kann bereits laufen, einem Menschen folgen und selbstständig wieder aufstehen, wenn er auf das Gesicht fällt. Das schafft er sogar mit einem Handy, das vor neun Jahren auf den Markt kam.
Handy statt Sensoren
Die Idee beruht auf einer einfachen Beobachtung. Ein Smartphone enthält genau das, was ein Roboter benötigt, beispielsweise eine Kamera, Bewegungssensoren und einen leistungsfähigen Prozessor. Wenn das Handy diese Komponenten bereitstellt, müssen die Entwickler nicht zahlreiche separate Bauteile kaufen und miteinander verbinden.
Jede Komponente des Handys hat im Roboter ihre eigene Aufgabe. Die Kamera erkennt Menschen und Gegenstände und hilft dem Roboter, seinen Weg zu finden. Die Bewegungssensoren, dank derer sich auf dem Handy das Display dreht, überwachen, wie der Körper des Roboters ausgerichtet ist und ob er sich neigt. Sie funktionieren ähnlich wie das Innenohr eines Menschen. Der Prozessor im Handy führt anschließend die KI-Software aus, die entscheidet, wie der Roboter seine Beine bewegen soll.
Das Handy steuert die Motoren jedoch nicht direkt. Es sendet die Befehle über WLAN an einen kleinen Computer im Inneren des Roboters, der sie an die Motoren weitergibt. Dadurch lässt sich das Handy jederzeit durch ein anderes ersetzen, ohne dass im Roboter etwas neu verkabelt werden muss.
Zwei Beine, ein Rumpf und dreizehn Motoren
PhoneBot ist 48 Zentimeter groß und wiegt nur 1,8 Kilogramm. Er hat weder Arme noch einen Kopf, derzeit besteht er hauptsächlich aus zwei Beinen und einem Rumpf. Das Handy sitzt auf dem Rumpf oberhalb der Hüften.
Für die Bewegung sorgen dreizehn Motoren. Jedes Bein verfügt über sechs davon: drei in der Hüfte, einen im Knie und zwei im Knöchel. Der dreizehnte Motor dreht den Rumpf. So kann der Roboter mit seiner Kamera einen Menschen ansehen, ohne dabei die Beine bewegen zu müssen – ähnlich wie ein Mensch, der sich in der Taille dreht.
Selbst ein neun Jahre altes Honor genügt
Die Entwickler testeten den Roboter mit vier Handys. Das älteste war ein Honor 9 aus dem Jahr 2017, bei den drei anderen handelte es sich um die günstigen Modelle Moto G 2024, Moto G 2025 und Samsung Galaxy A16 5G, die sie in den USA für etwa 50 bis 80 Dollar kauften. Alle vier bewältigten die Bewegungssteuerung, Bildverarbeitung und weitere grundlegende Aufgaben.
Nur das alte Honor stieß an seine Grenzen. Es konnte keine Umgebungskarte erstellen, weil ihm die erforderlichen Google-Dienste fehlten. Der Versuch zeigte dennoch, dass zum Bau eines Roboters kein teures Flaggschiffmodell nötig ist und auch ein Handy ausreicht, das sonst ungenutzt herumliegen würde.
Wie das Lauftraining ablief
Das Gehen auf zwei Beinen ist für Roboter eine schwierige Disziplin, weil sie ständig das Gleichgewicht halten müssen. PhoneBot lernte es deshalb zunächst in einer Computersimulation, also in einer virtuellen Welt. Dort konnte er üben und stürzen, ohne die echten Motoren und Gelenke zu beschädigen. Er lernte nach dem Prinzip von Versuch und Irrtum: Die Software erhält eine Belohnung für gelungene Schritte und findet nach und nach die besten Bewegungen. Dabei mussten die Forscher berücksichtigen, dass die günstigen Motoren nicht besonders leistungsstark sind.
Bald stießen sie jedoch auf ein Problem. Beide Beine waren vollkommen identisch aufgebaut, trotzdem lernte die Software, ungleichmäßig zu gehen. Das linke Bein befand sich ständig vorne und das rechte trug den Großteil der Last, sodass der Roboter praktisch hinkte.
Die Entwickler lösten das Problem mit einem cleveren Trick. Sie spiegelten jede Trainingsbewegung, sodass die Software denselben Schritt einmal mit dem linken und einmal mit dem rechten Bein vorne sah. Dafür mussten sie keine zusätzlichen Simulationen durchführen. Der Unterschied zwischen den Beinen sank in der Simulation anschließend praktisch auf null, und das Lernen wurde schneller und zuverlässiger. Diese Messung stammt allerdings nur aus der virtuellen Umgebung; genaue Zahlen zum tatsächlichen Gehen nannten die Forscher nicht. Anschließend lernte der Roboter auch, sich zu einem Menschen zu drehen, den er mit der Kamera sieht, und aufzustehen, wenn er mit dem Gesicht nach unten liegt.
Er spricht, vorerst jedoch mithilfe eines Notebooks
PhoneBot versteht gesprochene Sprache und kann auch antworten. Dazu nutzt er ein großes Sprachmodell, das denen ähnelt, auf denen beliebte Chatbots basieren. Die Sprachverarbeitung übernimmt bislang jedoch ein Notebook neben dem Roboter. Das Handy gibt lediglich die fertige Antwort über den Lautsprecher wieder.
Der Roboter hat außerdem nur gelernt, auf ebenem Untergrund zu gehen, und seine schwachen Motoren erlauben ihm nicht, schwere Lasten zu tragen. Die Entwickler möchten, dass er künftig auch unebenes Gelände bewältigt. Zudem planen sie, ihm leichte Arme für den Umgang mit Gegenständen hinzuzufügen und die Sprachsteuerung direkt auf das Handy zu verlagern.
Das Projekt knüpft an den älteren OpenBot an, bei dem Handys Roboter auf Rädern steuerten. Der Umstieg auf zwei Beine ist jedoch deutlich anspruchsvoller, weil Räder dem Roboter nicht dabei helfen, das Gleichgewicht zu halten. Die Forscher veröffentlichten ihre Arbeit als vorläufige Studie auf dem Server arXiv. PhoneBot soll ein offenes Projekt mit frei verfügbarer Software sein, mit dem Studierende und Forscher auf der ganzen Welt lernen und experimentieren können.
Eine kostengünstige Variante
Gerade der Preis könnte den Roboter zu einem erschwinglichen Hilfsmittel für Schulen machen. Die Bauteile für PhoneBot kosten laut den Autoren etwa 400 Dollar, das Handy ist darin nicht enthalten. Die günstigste der anderen kleinen Roboterplattformen, die die Forscher in der Studie vergleichen, kostet rund 3 500 Dollar. Zum Vergleich: Das chinesische Start-up Noetix Robotics stellte kürzlich den humanoiden Roboter Bumi für 1 400 Dollar vor. Er ist 94 Zentimeter groß und kann neben dem Gehen auch tanzen und auf Sprachbefehle reagieren.
