Radar für Roboter

Ein mobiler Roboter soll Einsatz­kräfte wie Polizei und Feuerwehr etwa bei Groß­bränden künftig so unterstützen, dass sie sich zur Erkundung der Lage nicht selbst in Gefahr begeben müssen. Das war Ziel des im Programm Horizon 2020 der Euro­päischen Union geförderten Forschungs­projekts Smokebot. Der Roboter soll auch in unüber­sichtlichen Umgebungen und unter rauen Bedingungen alle für die Einsatz­leitung nötigen Infor­mationen zur Ein­schätzung und Bewältigung der Lage liefern. Dafür haben ihn die Projekt­partner mit einer bisher einzig­artigen Kombi­nation aus Sensoren wie Radar, Kameras, Laser­scannern und Gas­detektoren ausgestattet und diese zu einem mobilen Gesamt­system integriert. Die fusio­nierten Daten aller Sensoren können zusätz­lich mit Notfall­plänen oder Karten abge­glichen werden und versorgen die Einsatz­kräfte in sicherer Entfernung mit einem detail­lierten Lagebild.

Wo optische Systeme an ihre Grenzen geraten, erfasst Radar auch bei Rauch, Nebel, Staub oder Regen und harschen Umwelt­bedingungen zuver­lässig Objekte oder Personen in seiner Umgebung und ist daher für diesen Einsatz­zweck prädestiniert. Für die Nutzung in der Robotik haben die Ingenieure des Fraunhofer FHR ein nur 25 Zenti­meter großes und wenige hundert Gramm schweres MIMO-Radarmodul zur 3D-Hindernis­erkennung entwickelt. Hoch­integrierte Chip­technologie auf Silizium-Germanium-Basis sorgt auch bei diesen kompakten Maßen für ein sehr hohes Auflösungs­vermögen bei einer Arbeits­frequenz von 120 Gigahertz. Dafür haben die Wissen­schaftler den Integrations­prozess für den Radar-Chip nochmal deutlich verbessert. So ist es gelungen, sowohl Signal­erzeugung als auch Daten­erfassung in nur einem Modul unter­zubringen, das ohne weitere Kabel oder externe Module die gesamten Messdaten über eine Standard-Ethernet-Schnittstelle übertragen kann. Die nachgeschaltete Prozes­sierung ermög­licht eine Rekonstruk­tion der aufge­nommenen Bildin­formation in 3D, so dass der der mobile Roboter Hindernisse in dem vor ihnen befind­lichen Bereich drei­dimensional loka­lisiert.

Der entstandene Smokebot-Demon­strator wird zum Projekt­abschluss Ende Juni 2018 von den Projekt­partnern, zu denen neben dem Fraunhofer FHR die Feuer­wehr Dortmund, die Leibniz-Univer­sität Hannover und weiteren Univer­sitäten und Industrie­partner aus Deutschland, Österreich, Schweden und Groß­britannien gehören, in einem Brandhaus auf dem Übungs­gelände der Feuerwehr Dortmund unter realen Einsatz­bedingungen getestet. Geleitet wird die gemeinsame Forschungs­arbeit von Achim Lilienthal von der Univer­sität Örebru, Schweden. Die sehr kompakten Radar­module des Fraunhofer FHR benötigen nur wenig Strom und können deshalb neben dem Smokebot auch auf anderen kleinen Trägern oder gar Drohnen angebracht werden und so beispiels­weise Erkundungs­aufgaben erfüllen. Gerade für Sicherheits­aufgaben ist die drei­dimensionale Erfassung und Verfolgung von Objekten oder Personen mit Radar sehr gut geeignet, beispiels­weise als intelligente Alarm­anlage, zur Maschinen­absicherung oder für das autonome Fahren.

Fh.-FHR / JOL