20.07.2020 • Sonnensystemforschung

Autonom unter der Eisdecke

Unterwasserroboter könnten den Ozean unter dem kilometerdicken Eispanzer des Jupitermonds Europa erforschen.

Bietet der Jupitermond Europa die richtigen Voraus­setzungen für ein extra­terres­trisches Leben? Die hydro­thermalen Quellen, die auf Europa vermutet werden, bieten durch das Spenden von Wärme und Mineralien einen poten­ziellen Lebens­raum für Organismen. Wie ließe sich der vermutete Ozean unter der kilometer­dicken Eisschicht erforschen? In der Projekt­reihe Europa Explorer arbeitet das Robotics Innovation Center des Deutschen Forschungs­zentrums für künstliche Intelligenz an Unter­wasser­robotern, die unter einer Eisdecke autonom Forschung betreiben können. Mit dem dritten Abschnitt zur Langzeit-Untereis-Navigation stehen jetzt die letzten Vorbereitungen für die Feldtests in Skandinavien bevor. Das Bundes­ministerium für Wirtschaft und Energie fördert die Weiter­entwick­lung und den Feldtest des Roboters DeepLeng mit rund 877.000 Euro.

Abb.: Die zwei autonomen Unterwasserroboter Leng (hinten) und sein Nachfolger...
Abb.: Die zwei autonomen Unterwasserroboter Leng (hinten) und sein Nachfolger DeepLeng (vorne) liegen in der maritimen Explorationshalle am Robotics Innovation Center des DFKI in Bremen. (Bild: P. Kloss, DFKI)

Im Zentrum des Projekt EurEx-LUNa steht die Risiko­mini­mierung: Neben den unbekannten Gegeben­heiten unter Wasser stellt die Eisdecke eine weitere Heraus­forderung für die Ortung und die sichere Rückkehr des Unter­wasser­roboters dar. Deshalb wird DeepLeng darauf trainiert, auch unter widrigsten Umständen seinen Weg zu finden. Auf Software­ebene arbeiten die Forscher am DFKI deshalb an einem Fehler­baum, der für möglichst viele Szenarien eine alternative Entscheidung parat hat, die DeepLeng autonom treffen kann. Zusätzlich zu einer neuen Tauch­zelle, die den Roboter in Tiefen von bis zu zwei­tausend Meter energie­sparend auf- und absinken lässt, wird ein USBL-Unter­wasser­navigation­ssystem verbaut, das akustische Signale senden, empfangen und verarbeiten kann.

Wichtig ist außerdem ein erfolgreiches Docking: Als Teil des Navigations­konzepts auf dem Eismond Europa ist vorgesehen, dass der drei Meter lange und 28 Zentimeter breite DeepLeng während der Mission eigen­ständig eine Docking­station erreichen und sicher andocken kann. Hierdurch kann das Unter­wasser­fahrzeug deutlich längere Forschungs­missionen verfolgen, als es seine zehn Stunden Akku­laufzeit erlauben würden. Durch den Platz für zwei weitere Nutzlast-Module kann DeepLeng weitere Sensorik trans­por­tieren und einsetzen, die vielfältige und ergänzende Forschungen im Ozean des Eismondes ermöglichen. Möglich sind beispiels­weise die Erstellung von Höhen­karten oder Profilen der Temperatur und des Salz­gehalts.

Um das sichere Docking zu ermöglichen, setzen die Forscher Methoden des Deep Reinforced Learning ein, mit denen die Software des 120 Kilogramm schweren Roboters zunächst in der Simulation trainiert wird. Die ersten Tests im Wasser werden in der europaweit einzig­artigen maritimen Explorations­halle des Robotics Innovation Center durchgeführt, die mit ihrem 3,4 Millionen Liter Salz­wasser­becken ausreichend Platz bietet. Im zweiten Schritt ist eine Erkundung des Bremer Stadt­wald­sees vorgesehen, bevor die eigent­lichen Feldtests in Skandinavien im Frühjahr 2022 anstehen. Auch ein Einsatz im neuen Testfeld des Test­zentrums für maritime Techno­logien, dass das DFKI gemeinsam mit weiteren Instituten betreibt, wird für die Vorbereitung auf den Feldtest in Betracht gezogen.

Im Anschluss an die Feldtests werden die erhobenen Informa­tionen und die Erkennt­nisse aus der Navigation evaluiert, um zukünftig in weiteren Projekten eingesetzt zu werden und dazu zu dienen, in einigen Jahren tatsächlich den Jupiter­mond Europa durch autonome Roboter­teams auf extra­terres­trisches Leben zu unter­suchen.

DFKI / RK

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