Wer Roboterhunde im Industriealltag beobachtet, stellt schnell fest: Die Maschinen sind beeindruckend beweglich - aber sie müssen erschreckend oft an die Ladestation. Boston Dynamics gibt für seinen Spot eine typische Akkulaufzeit von 90 Minuten an. Für eine Inspektionsrunde durch eine mittelgroße Produktionshalle reicht das, für einen mehrstündigen Dauereinsatz nicht. Das Energieproblem ist keine Kleinigkeit - es ist der entscheidende Engpass, der den Praxisnutzen vierbeiniger Roboter heute noch begrenzt.
Genau hier setzt eine neue Studie aus Südkorea an. Und der Ansatz ist so simpel wie er überraschend ist: andere Füße.
Das Grundproblem: Beine kosten Energie
Vierbeinige Roboter verbrauchen bei der Fortbewegung deutlich mehr Energie als ihre beräderten Pendants - das ist physikalisch unvermeidlich. Jeder Schritt bedeutet: Aufprall abfangen, Körper stabilisieren, Energie für den nächsten Schritt aufbringen. Räder rollen; Beine heben, setzen, stoßen ab. Der Unterschied summiert sich über Stunden.
Bisherige Lösungsansätze konzentrierten sich auf die Aktuatoren - leistungsfähigere Motoren, effizientere Getriebe, optimierte Gangsteuerung. Was dabei oft übersehen wurde: der Kontaktpunkt zwischen Roboter und Boden. Die Füße.
Photo: Sufyan / UnsplashTPMS: Wenn Materialstruktur zur Energiequelle wird
Ein Forschungsteam der School of Mechanical System Engineering an der Seoul National University of Science and Technology (SEOULTECH) hat poröse Fußpolster für vierbeinige Roboter entwickelt, die die Aufprallenergie beim Aufsetzen speichern und beim Abstoßen wieder abgeben können. Die Grundlage: sogenannte Triply Periodic Minimal Surface (TPMS)-Strukturen - dreidimensionale Gittergeometrien, die sich durch eine ungewöhnliche Kombination aus Steifigkeit, Flexibilität und Energieabsorption auszeichnen.
Die Forscher fertigten drei verschiedene Designs halbrunder Fußpolster aus TPMS-Strukturen mit dem 3D-Drucker an: "Primitive", "Gyroid" und "Diamond" - jedes mit unterschiedlicher Geometrie und Dichte. Das Ziel war nicht maximale Dämpfung, sondern ein möglichst hoher Anteil der gespeicherten Energie, der tatsächlich wieder in Vortrieb umgewandelt wird.
Das Ergebnis: Der Diamond-Typ zeigte die günstigste Balance aus Nachgiebigkeit, Energieabsorption und reduziertem Hystereseverlust - bei einer relativen Dichte von 60 % als optimal identifiziert.
Was ist TPMS? Triply Periodic Minimal Surfaces sind mathematisch definierte, dreidimensionale Gitterstrukturen mit minimaler Oberfläche. Sie kommen in der Natur vor — etwa in Schmetterlingsflügeln oder Seeigelschalen — und lassen sich dank additiver Fertigung präzise in technische Bauteile übersetzen. Ihre besondere Eigenschaft: Sie verhalten sich wie passive Federn, die Energie aufnehmen und gezielt wieder abgeben.
KI als zweite Hälfte der Lösung
Die Fußpolster allein reichen nicht. Das eigentliche Problem bei langsamen Gehbewegungen ist, dass gespeicherte Energie oft dissipiert wird, bevor sie genutzt werden kann - der Roboter ist schlicht zu langsam, um den Rückfederungseffekt sauber auszunutzen.
Die SEOULTECH-Forscher kombinierten die neuen Füße deshalb mit einem Deep-Reinforcement-Learning-Controller. Das System lernte, die Bewegungssteuerung des Roboters so anzupassen, dass die Motoren genau in den Momenten weniger Kraft aufwenden, in denen die Füße ohnehin Energie zurückgeben. Mensch und Maschine würden sagen: Der Roboter lernt, mit seinen Füßen zu arbeiten, nicht gegen sie.
In Kombination mit dem KI-Regler sank der Stromverbrauch des Roboters um bis zu 6,2 % - bei Gehgeschwindigkeiten zwischen 0,4 und 1,0 Metern pro Sekunde. Die Studie wurde am 5. Mai 2026 im International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology veröffentlicht (DOI: 10.1007/s40684-026-00895-5).
Was bedeutet das konkret für den Shopfloor?
6,2 % klingen nach wenig. Wer aber mit Roboterhunden im Industrieeinsatz arbeitet, weiß: Jede Minute Laufzeit zählt. Spot von Boston Dynamics kommt auf rund 90 Minuten Akkulaufzeit - 6,2 % mehr wären knapp sechs Minuten zusätzlich. Das ist nicht revolutionär. Aber es ist auch nicht nichts.
Wichtiger ist der Mechanismus dahinter. Die Studie zeigt, dass passive Materialintelligenz - also die Fähigkeit eines Bauteils, Energie zu speichern und zurückzugeben, ohne aktive Komponenten - in Kombination mit lernfähiger Steuerung einen messbaren Systemvorteil erzeugt. Das ist ein Prinzip, das weit über Roboterfüße hinausgeht.
Für Anwender, die Roboterhunde heute bereits einsetzen, ist die Botschaft pragmatisch: Die Engstelle liegt nicht nur in der Batterie oder dem Motor - sie liegt auch im Kontakt mit dem Boden. Und dieser Kontakt lässt sich mit additiver Fertigung und dem richtigen Materialgitter gezielt optimieren.
Vierbeinige Roboter sind in der Industrie längst keine Exoten mehr. BMW setzt im britischen Werk Hams Hall eine Spot-Variante namens "SpOTTO" für Inspektionsrundgänge, die Erstellung digitaler Zwillinge und die Anlagenüberwachung ein. Solche Einsätze stellen hohe Anforderungen an die Ausdauer der Systeme - und machen jede Effizienzverbesserung wirtschaftlich relevant.
Additive Fertigung als Enabler - nicht als Selbstzweck
Was an dieser Studie bemerkenswert ist: Der 3D-Drucker ist hier kein Selbstzweck. Er ist das einzige Fertigungsverfahren, das TPMS-Strukturen dieser Komplexität überhaupt realisierbar macht. Konventionelle Spritzguss- oder Fräsverfahren scheitern an der inneren Gittergeometrie.
Das ist ein gutes Beispiel dafür, wie additive Fertigung echten Mehrwert schafft - nicht durch schnellere Prototypen oder günstigere Kleinserien, sondern durch Geometrien, die vorher schlicht nicht existieren konnten. Und die dann, in Kombination mit KI-gestützter Steuerung, Systemeigenschaften verändern, die bisher als gegeben galten.
Die Frage, die sich Automatisierungsverantwortliche stellen sollten: Wo in unseren Systemen gibt es noch Kontaktpunkte, die wir als unveränderliche Randbedingung behandeln - obwohl sie mit den richtigen Materialstrukturen zu aktiven Effizienzquellen werden könnten?
Die Antwort auf diese Frage wird in den nächsten Jahren mehr Shopfloor-Relevanz bekommen, als mancher heute erwartet.
Was sind TPMS-Strukturen und warum eignen sie sich für Roboterfüße?
Triply Periodic Minimal Surfaces (TPMS) sind mathematisch definierte, dreidimensionale Gittergeometrien mit minimaler Oberfläche. Sie kombinieren Steifigkeit, Flexibilität und Energieabsorption auf eine Weise, die konventionelle Materialien nicht erreichen. Als Fußpolster verhalten sie sich wie passive Federn: Sie nehmen Aufprallenergie auf und geben sie beim Abstoßen wieder frei — ohne bewegliche Teile oder Aktuatoren.
Wie groß ist die Energieeinsparung tatsächlich?
Das SEOULTECH-Team erzielte in Kombination mit einem Deep-Reinforcement-Learning-Regler eine Reduktion des Stromverbrauchs um bis zu 6,2 % — gemessen bei Gehgeschwindigkeiten zwischen 0,4 und 1,0 m/s. Das entspricht bei einem Roboter mit 90 Minuten Akkulaufzeit einer Verlängerung von rund 5–6 Minuten.
Warum braucht es zusätzlich einen KI-Regler?
Die porösen Füße allein reichen nicht aus, weil die gespeicherte Energie nur dann effizient zurückgewonnen wird, wenn die Motorsteuerung darauf abgestimmt ist. Der Deep-Reinforcement-Learning-Controller lernt, die Aktuatoren genau dann zu entlasten, wenn die Füße Energie zurückgeben — das maximiert den Gesamteffekt.
Ist diese Technologie bereits kommerziell verfügbar?
Nein. Die Studie ist ein Forschungsergebnis, das am 5. Mai 2026 im International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology veröffentlicht wurde. Bis zur Serienreife sind weitere Schritte nötig — insbesondere Tests unter realen Industriebedingungen und die Integration in bestehende Roboterplattformen.
