Tiefsee- und Raumfahrtforscher entwickeln gemeinsam robotische Systeme: Was auf den ersten Blick wie ein ungewöhnlicher Schulterschluss aussieht, macht ungeheuer Sinn. Denn Roboter müssen im All wie in der Tiefsee unter extremsten Umweltbedingungen möglichst autonom agieren. Deshalb haben sich 16 deutsche Forschungseinrichtungen zur „Robex“-Allianz zusammengeschlossen, initiiert von der Helmholtz-Gemeinschaft. „Robex“ steht für Robotische Exploration unter Extrembedingungen.
Gemeinsam wird an Lösungen gearbeitet, rund die Hälfte der beteiligten Institutionen kommt aus dem Land Bremen. Die wissenschaftliche Koordinatorin Martina Wilde vom Bremerhavener Alfred-Wegener Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) erläutert im Interview, was bisher erreicht wurde.
Frau Wilde, während wir miteinander sprechen, sammelt in der arktischen Framstraße in 2.500 Meter Tiefe gerade der Roboter „Tramper“ systematisch Daten für die Forschung. Er ist seit Sommer im Dauereinsatz und wird dort überwintern. Worin bestehen die Herausforderungen für robotische Systeme, die am Meeresboden oder im Weltall funktionieren sollen?
Die große Herausforderung ist, dass diese Systeme autonom sein müssen. In der Raumfahrt ist es nicht neu, dass Roboter „ohne Kabel“ agieren, um über einen bestimmten Zeitraum Forschung zu betreiben. Für die Tiefseeforschung ist es dagegen schon neuartig, rollende autonome Roboter wie den „Tramper“ einzusetzen: Er muss mit genügend Energie ausgestattet sein, und er muss da unten selbstständig seinen Weg finden, Steinen ausweichen usw. „Tramper“ ist der erste Rover, der ein Jahr lang unter dem Eis ohne Fernsteuerung im Einsatz ist. Und er führt dabei 52 Messungen durch – jede Woche eine.
„Tramper“ ist nicht der einzige Rover, also fahrende Roboter, der im Rahmen der „Robex“-Allianz entwickelt wird. Das übergeordnete Ziel ist, robotische Systeme mit innovativen Technologien zum Energieaustausch, Datentransfer und möglichst viel Autonomie auszustatten. Wie ist der Stand der Dinge?
Wir haben große Fortschritte in diesen Bereichen gemacht.
Die „Robex“-Allianz ist auf fünf Jahre angelegt, im letzten Jahr, also 2017, wollen wir sowohl in der Tiefsee als auch in einer Mond-Analog-Landschaft die entwickelten Systeme demonstrieren.
Martina Wilde, wissenschaftliche Koordinatorin, Alfred-Wegener-Institut
Neben „Tramper“, der im Sommer wieder an Bord des Forschungsschiffs Polarstern mit neuen Geräten für ein weiteres Jahr ausgestattet wird, werden wir auch den Crawler „Viator“ dabei haben. Dieser wird mit einer Garage auf dem Meeresboden abgesetzt. Dort macht er Messungen im Umfeld und kehrt immer wieder zur Garage zurück, um die Daten abzugeben und sich wieder aufzuladen.
Ein weiterer Crawler, also Krabbler, ist bereits im Einsatz.
Das ist „Wally“, er arbeitet seit Juli vor der kanadischen Küste. Anders als die anderen beiden soll er einen Manipulator-Arm bekommen, das heißt, er kann Dinge wie Muscheln oder Krabben greifen und einsammeln, die später von Wissenschaftlern untersucht werden. Dann gibt es noch den Tiefseegleiter „Glider“, der wie ein Segelflieger durch die Wassersäule gleitet und größere Räume untersuchen soll. Wir hoffen, dass er auch im Sommer mit an Bord ist – wegen Lieferschwierigkeiten einzelner Komponenten kam es hier zu Verzögerungen.
Wie sieht es mit Einsätzen in der Raumfahrt aus?
Im Juli wollen wir auf einer Mond-Analog-Mission auf dem Ätna den Rover LRU – das steht für Lightweight Rover Unit – testen, der wurde beim DLR in Oberpfaffenhofen gebaut. Es ist mit nur 30 Kilogramm ein relativ leichtes robotisches System und in der Lage, beim Bremer DLR-Institut entwickelte Instrumenten-Boxen mit darin befindlichen Seismometern abzusetzen. Ebenfalls vom Bremer DLR-Institut gebaut wurde der „Lander“ RODIN.
Worin besteht der Synergieeffekt, wenn Raumfahrt- und Tiefseeforscher ihr Wissen bündeln?
Im Kern geht es nicht um die Hardware, sondern um die Intelligenz der robotischen Systeme. Hier sind die Anforderungen ähnlich und unsere Teilprojekte haben schon gezeigt, was möglich ist, wenn man gemeinsam und im Austausch Systeme entwickelt.
Zudem profitiert die Tiefseeforschung davon, dass in der Raumfahrt schon lange Software für Autonomie entwickelt wird. Auf der anderen Seite hat sich die Raumfahrt zu eigen gemacht, Systeme modularer zu bauen, um sie so für unterschiedlichste Forschungsinstrumente zu nutzen – das kommt aus der Tiefseeforschung.
Martina Wilde, wissenschaftliche Koordinatorin, Alfred-Wegener-Institut
Und man hat sich mit der Tiefsee ein Testfeld erschlossen, das ermöglicht, die Robustheit eines Systems unter ähnlich extremen Bedingungen zu testen. In der Raumfahrt gibt es ja viel seltener die Möglichkeit, wirklich eine Mission zu starten.
2017 wird „Robex“ enden. Wo sehen Sie noch die größten Herausforderungen für Ingenieure?
Ganz klar: Die größte Herausforderung wird in Zukunft sein, die Geräte miteinander und mit anderen Unter-Wasser-Systemen zu vernetzen. Das würde einen extremen Mehrwert für die Umweltbeobachtung bedeuten und ermöglichen, großflächige Veränderungen zu erkennen. Aber da gibt es noch einiges zu tun, denn auch die Themen Energieübertragung und Datentransfer, die wir in der „Robex“-Allianz fokussiert haben, sind noch nicht umfassend bearbeitet und gelöst. Deshalb sind wir jetzt dabei, ein neues Konsortium aufzustellen. Wir haben große Schritte gemacht, aber es muss auch nach „Robex“ weitergehen.
Fast jede zweite Institution der Allianz kommt aus dem Land Bremen. Das sind neben dem AWI und DLR die Universität Bremen, die Jacobs University, das MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften, das DFKI – Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH und das Unternehmen Airbus Defence & Space. Was sagt das aus Ihrer Sicht über den Standort aus?
Bremen ist nicht nur der größte Raumfahrtstandort Deutschlands, sondern auch für die Meeresforschung ein entscheidender Standort. Das hat „Robex“ sehr deutlich gemacht, zugleich symbolisiert Bremen wie kein anderer Standort „Robex“.
Wie sehen Sie die Chancen der Kommerzialisierung von Extremumweltrobotik im Land Bremen?
Zwei Beispiele zeigen die Chancen gut: Aus der „Robex“-Allianz hat sich bereits das Unternehmen I sea MC mit Sitz in Bremen ausgegründet, das die genannten robotischen Systeme weiterentwickelt und zum Beispiel für die Windanlagen-Branche anbietet. Hier können sie etwa bei Monitoring oder Wartung von Anlagen eingesetzt werden. Eine weitere Ausgründung will mit einer speziellen Beobachtungs-Software eine Teiltechnologie an den Markt bringen.
Zurück zur Wissenschaft – und damit zum „Tramper“, wenn dieser seine erste Mission im Sommer beendet hat: Was erhoffen sich Ihre Wissenschaftskollegen von ihm?
Die Daten, die „Tramper“ sammelt, helfen, den Sauerstoffgehalt im Sediment am Meeresboden zu bestimmen. Er sticht mit einer Nadel in den Boden, zieht Sediment heraus und daraus lässt sich der Sauerstoffgehalt erkennen. Das erlaubt Rückschlüsse darüber, wie sich unter dem Eis im Jahresverlauf die biologische Zusammensetzung verändert.
Zu wissen, was die Biologie unter dem Eis macht, wenn das Meer zugefroren ist, wäre ein entscheidender Durchbruch.
Martina Wilde, wissenschaftliche Koordinatorin, Alfred-Wegener-Institut
Darüber weiß man bisher nichts, weil es nur sporadische Messungen mit schwimmenden Systemen gibt – nur am Kabel und nicht am Meeresboden.
Vielen Dank für das Gespräch!
Fünf Gründe, warum Bremen ein ausgezeichneter Luft- und Raumfahrt-Standort ist, finden Sie in diesem Artikel.
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Ihre Ansprechpartnerin zum Thema Raumfahrt ist Dr. Barbara Cembella, Clustermanagerin Raumfahrt, 0421 9600 340, barbara.cembella@wfb-bremen.de.
Dr. Barbara Cembella
Clustermanagerin Raumfahrt
T +49 (0) 421 9600-340
Demo-Mission auf dem Ätna: Für die Helmholtz-Allianz ROBEX (Robotische Exploration unter Extrembedingungen) wird der Vulkan zur Mondlandschaft. Fünf DLR-Institute entwickeln und testen Technologien für die autonome Erkundung schwer zugänglicher Gebiete. Erstmals kooperierten bei ROBEX auch Wissenschaftler und Ingenieure aus den Bereichen Tiefsee und Raumfahrt miteinander.
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Bremens Wissenschaft ist exzellent! Und daran haben die vielen schlauen Köpfe, die sich in den Laboren und Hörsälen tummeln, erheblichen Anteil. Wir stellen Ihnen Prof. Dr. Peter Maaß, Direktor des Zentrums für Technomathematik (ZeTeM) an der Uni Bremen, vor.
