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.
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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