PUB - Publikationen an der Universität Bielefeld

Auf der Grundlage bekannter Befunde aus der Verhaltens- und Neurophysiologie wurde ein modellhafter Regler für die Stemmphase laufender Stabheuschrecken entwickelt und sein Verhalten sowie seine Leistungsfähigkeit im Vergleich zum Tierverhalten untersucht. Der Regler implementiert als zentrales Prinzip in zwei Gelenken jedes Beines eine positive Rückkopplung der Gelenkstellungsänderungen, während das verbleibende dritte Beingelenk über eine negative Positionsrückkopplung geregelt wird. Dieses Gelenk übernimmt im wesentlichen die Regelung der Körperhöhe, während die beiden anderen für den Vortrieb verantwortlich sind. Um die Stabilität des Laufs zu gewährleisten, werden die Verstärkungsfaktoren der positiv rückgekoppelten Gelenke permanent von einem Servoelement für die globale Laufgeschwindigkeit kontrolliert. Jedes Gelenk besitzt damit eine neuronal weitgehend unabhängige Regelung, wobei das Zusammenspiel durch die mechanische Kopplung hergestellt wird. Hierdurch wird eine Rückkopplung über die Umwelt etabliert, die es ermöglicht, die vorliegende schwierige - weil überbestimmte - Kontrollaufgabe dezentral zu lösen. Wie die Simulationen zeigen, kann das dezentral organisierte und sensorbasierte Modell nicht nur einige der charakteristischen Eigenarten des Stabheuschreckenlaufs nachbilden, sondern es zeigt darüber hinaus in mehreren Situationen echtes adaptives Verhalten. Ohne explizite Programmierung kann es beispielsweise selbständig nach einem Sturz wieder aufstehen, über unregelmäßigen Boden laufen und starten. Es verkraftet sogar ohne Probleme verrauschte Sensorinformation und die Verkürzung eines Beines. Mit einer Dynamiksimulation konnte die prinzipielle Eignung des vorgestellten Reglers für technische Laufmaschinen nachgewiesen werden. Hier zeigte sich allerdings, dass eine gute Bodenkopplung die zentrale Voraussetzung für dessen Funktionsweise darstellt. In einem experimentellen Ansatz wurde der Einfluss der Bodenkopplung auf den Stabheuschreckenlauf untersucht. Stabheuschrecken zeigen im Lauf regelmäßig wiederkehrende statische Instabilitäten und ein von den Kopplungsverhältnissen abhängiges Verhalten ihrer Vorderbeine. Darüber hinaus wird die gesamte Körperhaltung vom Grad der Bodenkopplung bestimmt.