Modkom: Flexible modulare Weltraumrobotik für Mond und Mars
Ob bei der Erkundung fremder Planeten, dem Aufbau von Habitaten oder der Wartung von Satelliten - robotische Systeme übernehmen im All zunehmend zentrale Aufgaben. Doch wenn sich die Anforderungen an die Mission ändern, müssen oft komplett neue Systeme entwickelt werden. Das ist teuer, zeitaufwendig und benötigt neue Ressourcen.
Ein Team des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) und der Universität Bremen hat untersucht, wie sich ihr Aufgabenspektrum kostengünstig erweitern lässt(öffnet im neuen Fenster) . Mit dem Projekt Modkom (Modulare Komponenten als Building Blocks für anwendungsspezifisch konfigurierbare Weltraumroboter) entwickelte die Arbeitsgruppe ein modulares Baukastensystem.
Mit Modkom lassen sich robotische Missionen flexibel an unterschiedliche Einsatzszenarien anpassen. Das System umfasst sämtliche erforderlichen Hardware- und Softwarekomponenten für den flexiblen Aufbau mobiler Roboter.
Baukastensystem mit mehreren Ebenen
Auf der untersten Ebene stehen Grundelemente wie Gelenke, Strukturelemente und Elektronikbausteine, die über standardisierte Schnittstellen miteinander verbunden werden können. Diese Basiseinheiten lassen sich zu Subsystemen kombinieren, die auf höheren Ebenen als modulare Funktionseinheiten in das Baukastensystem integriert sind.
Plug-and-Play-Prinzip
Durch die Verbindung stationärer oder mobiler Plattformen mit Sensoren, Nutzlastcontainern oder Manipulatoren entsteht dadurch auf der obersten Ebene ein komplettes System, das auf die jeweiligen Aufgaben etwa auf dem Mond ausgelegt ist.
Eine übergreifende Softwarearchitektur erlaubt es, die Systembausteine dynamisch nach dem Plug-and-Play-Prinzip während der Laufzeit einzubinden. Die entwickelten Schnittstellen ermöglichen den Einsatz von Lern- und Optimierungsverfahren, mit denen sich automatisch optimale Hardware- und Softwarekonfigurationen generieren und einzelne Module anpassen lassen.
Für alle Gegebenheiten gewappnet
Wichtig dabei ist, dass das Modul auch nachträglich verändert werden kann. An einem Tag könnte ein kleiner Rover mit einem Instrument ausgestattet werden, das den Wassergehalt im Mondboden misst, am nächsten Tag könnte das Gefährt als fahrende Funkantenne dienen, falls irgendwo eine Verbindungsstelle durch einen Meteoriteneinschlag beschädigt wurde.
Standardisierte Schnittstellen und spezielle Adapter ermöglichen die Integration kommerzieller, ursprünglich inkompatibler Komponenten, was das Anwendungsspektrum erheblich erweitert.
Mit einem Manipulator-Roboterarm und dem kleinen Hunter-SE-Rover vom Unternehmen AgileX Robotics konnte die Forschungsgruppe ihr System erfolgreich testen. Dabei zeigte sich, dass sich defekte Einheiten schnell austauschen lassen. Besonders in schwer zugänglichen oder risikobehafteten Umgebungen wie dem Weltraum sieht das Forschungsteam darin einen Vorteil.