Robonauten machen sich startbereit

Ein hominider Roboter, der im Team den Valles Marineris auf dem Mars erkundet, ein sechs­beiniger Laubroboter, der auf fremden Planeten Infra­struktur aufbaut, und ein autonomes Unterwasser­fahrzeug, das mit Hilfe eines IceShuttles in den Ozean des Jupiter­mondes Europa vordringt – auf der ILA Berlin Air Show vom 1. bis 4. Juni 2016 stellt das Robotics Innovation Center des Deutschen Forschungs­zentrums für Künstliche Intelligenz GmbH (DFKI) unter Leitung von Frank Kirchner aktuelle Forschungs­projekte und Systeme an Ständen des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und des Bundes­ministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) vor.

Im Mittelpunkt der Forschungs­initiative VaMEx (Valles Marineris Explorer) des DLR Raumfahrt­managements steht die Entwicklung eines heterogenen, autonomen Roboter­schwarms zur Erforschung des Valles Marineris auf dem Mars, des größten Graben­bruch­systems unseres Sonnen­systems. Aufgrund von Hinweisen auf Wasser­vorkommen, früherer vulkanischer Aktivität und der Abschattung von UV-Strahlung erfüllt dieses Gebiet die Voraus­setzung für die Existenz außerirdischen Lebens. Berge, Schluchten und Höhlen machen es jedoch zu einem für die Exploration extrem komplexen Terrain. In der ersten Projekt­phase von VaMEx wurden Rover und flug­fähige Vehikel als sich komplementär ergänzende Schwarm­teilnehmer entwickelt, die durch eine autonome Navigation eine effiziente Weg­findung sowie den Aufbau von Übersichts­karten ermöglichen. In dem 2015 gestarteten Teil­projekt VIPE, das von der Raumfahrt-Agentur des DLR mit Mitteln des BMWi gefördert wird, entwickelt das Robotics Innovation Center (RIC) eine den Schwarm ergänzende hominide Roboter­plattform, die sich auch innerhalb der zerklüfteten Fels­formationen fort­bewegen sowie in Höhlen und Fels­spalten vordringen und navigieren kann. Dafür bauen die Wissenschaftler auf dem im DFKI-Projekt iStruct entwickelten vierbeinigen, affenähnlichen Laufroboter Charlie auf. Durch seine leichte und hoch­integrierte Bauweise, seine Agilität und taktile Sensorik ist er ideal geeignet, schwieriges Gelände zu überwinden. Die Projekt­partner vom Lehrstuhl für Medientechnik der TU München (LMT) und der NavVis GmbH erforschen zudem einen neuartigen visuellen Positionierungs- und Kartierungs­ansatz, der durch den Einsatz einer 360-Grad-Panorama­kamera eine sehr driftarme Positions­bestimmung auch unter anspruchs­vollen Bedingungen ermöglicht. Der Laufroboter Charlie wird auf dem DLR-Stand „Wissen für Morgen“ (Halle 4, Stand 301) zu sehen sein.

Auch der mehrgliedrige Laufroboter MANTIS, den das Robotics Innovation Center gemeinsam mit der Universität Bremen in dem Vorhaben LIMES entwickelt hat, soll auf fremden Planeten zum Einsatz kommen. Der Roboter, den die Wissenschaftler nach dem Vorbild einer Gottes­anbeterin designt haben, verfügt über einen äußerst flexiblen und adaptiven Bewegungs­apparat, der ihm einen hohen Grad an Mobilität auf unebenen und unstrukturierten Oberflächen ermöglicht. Ausgestattet mit einer Vielzahl unterschiedlicher Sensoren nimmt MANTIS seine Umgebung nicht nur visuell, sondern auch taktil wahr und kann dadurch zum Beispiel die jeweilige Untergrund­beschaffenheit analysieren. Seine vorderen beiden Extremitäten, die zusätzlich mit Greif­werkzeugen ausgestattet sind, dienen ihm nicht nur zum Laufen, sondern auch zur Manipulation. Bei zukünftigen Raumfahrt­missionen soll der Roboter vor allem in unebenem, schwer zugänglichem Terrain zum Einsatz kommen, etwa um Boden­proben zu entnehmen oder den Aufbau von Infrastruktur zu ermöglichen. Neben der mecha­tronischen Entwicklung haben die DFKI-Wissenschaftler in dem von der DLR-Raumfahrt-Agentur mit Mitteln des BMWi geförderten Projekt unterschiedliche Bewegungs­muster mit Hilfe maschineller Lern­verfahren generiert und optimiert, die den Roboter verschiedenste Umgebungs­formationen und Untergründe überqueren lassen. Dank seiner Fähigkeiten könnte MANTIS auch in terrestrischen Anwendungen zum Einsatz kommen, zum Beispiel bei Katastrophen­einsätzen in schwer zugänglichem Gelände oder im Bereich der Mensch-Roboter-Kooperation in industriellen Produktions­prozessen. Laufroboter MANTIS aus dem Projekt LIMES ist auf dem Stand des BMWi (Halle 2, Stand 303) zu sehen.

Auf der Suche nach Leben in unserem Sonnensystem ist auch der Jupitermond Europa von großem Interesse: Unter einer mehrere Kilometer dicken Eisdecke wird dort ein tiefer Ozean vermutet, der die Grundlage für extra­terrestrisches Leben bieten könnte. Wie sich dieser Ozean erreichen und erforschen ließe, hat das Robotics Innovation Center im Projekt Europa-Explorer untersucht. Dafür entwickelten die Wissenschaftler das autonome Unterwasser­fahrzeug (AUV) Leng, das sicher im Wasser navigieren kann. Ein zweiter Roboter, das IceShuttle Teredo, würde Leng zum verborgenen Ozean transportieren, indem es sich durch die äußere Eiskruste des Mondes bohrt, und später als Basis­station und Schnitt­stelle zu den Wissenschaftlern auf der Erde dienen. Um sich präzise selbst lokalisieren zu können, ist Leng mit einer Vielzahl unterschiedlicher Navigations­sensoren ausgestattet. Diese senden u.a. Schall­signale aus, über die das Fahrzeug seine Position ähnlich der GPS-Methode bestimmen kann. Anhand seines Abstands und Blick­winkels auf einen bestimmten Punkt errechnet das System seine Position und findet nach seinem Tauchgang eigenständig zur Basis­station zurück, um die gesammelten Informationen über eine Schnitt­stelle an das IceShuttle zu übermitteln und seine Energie aufzuladen. AUV Leng und IceShuttle Teredo lassen sich im DLR Space Pavilion (Halle 4) besichtigen.

DFKI / DE