19.07.2023

Roboter mit Teamwork

Insbesondere bei Mondmissionen sollen Roboter mit ergänzenden Fähigkeiten zum Einsatz kommen.

Auf dem Mond locken Rohstoffe, welche die Menschheit eines Tages abbauen und nutzen könnte. Bereits planen verschiedene Raumfahrt­behörden wie die Europäische Weltraumorganisation ESA Missionen, um den Erdtrabanten besser zu erforschen und Mineralien aufzuspüren. Dazu braucht es entsprechende Erkundungs­vehikel. Schweizer Forscher unter Leitung der ETH Zürich verfolgen nun die Idee, nicht einen einzigen Rover auf Erkundungs­tour zu schicken, sondern ein ganzes Team von Vehikeln und Fluggeräten, die sich gegenseitig ergänzen.

 

Abb.: Ein Team erreicht mehr als die Summe seiner Teile – die drei...
Abb.: Ein Team erreicht mehr als die Summe seiner Teile – die drei Lauf­roboter bei einem Test in einer Schweizer Kies­grube. (Bild: T. Miki / ETHZ)

Als mögliche künftige Erkundungsgeräte rüsteten die Forscher drei Laufroboter vom Typ Anymal, der an der ETH entwickelt worden ist, mit unterschiedlichen Mess- und Analyse­geräten aus. Diese Laufroboter testeten sie auf verschiedenen Geländen in der Schweiz und am Europäischen Innovations­zentrum für Weltraum­ressourcen (ESRIC) in Luxemburg. Dort hat das Schweizer Team vor wenigen Monaten gemeinsam mit Kollegen aus Deutschland einen europäischen Wettbewerb für Mond-Rover gewonnen. Im Wettbewerb ging es darum, auf einem der Mondoberfläche nachempfundenen Testgelände Mineralien zu finden und zu bestimmen. Nun beschreiben die Wissenschaftler, wie sie ein unbekanntes Gelände mit mehreren Robotern erkunden.

„Mehrere Roboter zu nutzen, hat zwei Vorteile“, erklärt Philip Arm, Doktorand in der Gruppe von ETH-Professor Marco Hutter. „Die einzelnen Roboter können spezialisierte Aufgaben übernehmen und diese zeitgleich ausführen. Zudem ist ein Roboter-Team dank seiner Redundanz dazu imstande, den Ausfall eines Team­gefährten zu kompensieren.“ Redundanz heißt in diesem Fall, dass wichtige Messgerät auf mehreren Robotern installiert sind. Redundanz und Spezialisierung sind also entgegen­gesetzte Ziele. „Um die Vorteile von beidem nutzen zu können, gilt es, die richtige Balance zu finden“, sagt Arm.

Die Forscher der ETH Zürich sowie der Universitäten Basel, Bern und Zürich lösten dies so, indem sie zwei Laufroboter als Spezialisten ausrüsteten: Einer war besonders gut darin, das Gelände zu kartieren und die Geologie einzuordnen. Er nutzte dazu einen Laserscanner sowie mehrere Kameras, darunter auch solche, die Spektral­analysen durchführen können, um erste Hinweise zur mineralischen Zusammen­setzung des Gesteins zu erhalten. Der andere Roboter war auf die präzise Bestimmung von Gesteinen spezialisiert. Dazu diente ihm ein Raman-Spektrometer und eine Mikroskopie-Kamera.

Der dritte Roboter war ein Generalist: Er konnte sowohl das Gelände kartieren und Gesteine bestimmen, hatte also ein breiteres Aufgaben­spektrum als die Spezialisten, konnte diese Aufgaben mit seinen Geräten aber weniger präzise ausführen. „Auf diese Weise wäre es möglich, die Mission erfolgreich zu Ende zu führen, falls einer der Roboter ausfiele, egal welcher“, sagt Arm.

Bei der Space Resources Challenge von ESRIC und ESA war die Jury besonders davon angetan, dass es den Forschern dank der Redundanz gelungen ist, ein gegenüber Ausfällen robustes Erkundungs­system zu entwickeln. Als Preis gewannen die Schweizer Wissenschaftler gemeinsam mit Kollegen des Forschungszentrum Informatik in Karlsruhe einen Forschungsvertrag über ein Jahr, um die Technologie weiterzuentwickeln. Dabei werden nicht nur Laufroboter zum Einsatz kommen, sondern auch Roboter mit Rädern. Die Kollegen des Forschungs­zentrums Informatik arbeiten mit solchen.

„Laufroboter wie unser Anymal haben Vorteile in Blockfeldern und in steilem Gelände, um zum Beispiel in einen Krater hinabzusteigen“, erklärt Hendrik Kolvenbach, Wissenschaftler in der Gruppe von ETH-Professor Hutter. Roboter mit Rädern sind da im Nachteil. Hingegen können sich letztere auf einfacherem Terrain schneller fortbewegen. Bei einer künftigen Mission wäre es deshalb sinnvoll, Roboter zu kombinieren, die sich hinsichtlich ihrer Fort­bewegungsart unterscheiden. Auch Flugroboter könnten dazukommen.

Außerdem planen die Forscher, die Autonomie der Roboter zu erhöhen. Bis jetzt flossen alle Daten der Roboter in ein Kontrollzentrum, wo ein Operator den einzelnen Robotern Aufgaben zuteilt. In Zukunft könnten sich teilautonome Roboter bestimmte Aufgaben gegenseitig direkt zuteilen, mit Kontroll- und Eingriffsmöglichkeiten für den Operator.

ETHZ / DE

 

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