Open Source: Aweigh navigiert nach der Sonne und gegen GPS
Mal eben von hier nach da navigieren in einer unbekannten Gegend? Kein Problem dank der diversen globalen Satellitennavigationssysteme (Global Navigation Satellite Systems, GNSS): Beidou, Galileo, Glonass und GPS weisen den Weg, auf dem Navigationsgerät im Auto, dem Smartphone, dem Tablet. Aber was machen sie sonst noch, im Hintergrund? Werden Daten über den Nutzer gesammelt? Was passiert, wenn die Satelliten gehackt werden?
"Wir haben uns die aktuelle Techniklandschaft angeschaut und herausgefunden, dass wir zunehmend von zentralisierten Systemen abhängig sind, um diese Technik zu nutzen. Und diese Techniken sind oft Black Boxes. Das bedeutet, der Nutzer versteht nicht, was in seinem Gerät passiert, damit es funktioniert. Das sehen wir überall" , sagt States Lee im Gespräch mit Golem.de. "Also haben wir angefangen, nach Alternativen zu alltäglich genutzten Techniken zu suchen." Zusammen mit Samuel Iliffe, Flora Weil und Keren Zhang, alle vier Studenten des Imperial College und des Royal College of Art in London, hat Lee ein Navigationsgerät entwickelt, das ohne ein zentrales System arbeitet.
Aweigh(öffnet im neuen Fenster) heißt das System – der Begriff bezieht sich auf den englischen Ausdruck: "Anchors aweigh!" (auf Deutsch: "Anker lichten!" ) beziehungsweise "Anchor is aweigh" (auf Deutsch: "Der Anker ist gelichtet" ). Das System nutzt eine Navigationsmethode, mit der Seefahrer in der Zeit vor GPS ihren Kurs gefunden haben: Es basiert auf der Astronavigation.
Ähnlich wie bei einem Sextanten misst der Nutzer die Breite seines Standorts anhand des Sonnenstands. Dazu ist Aweigh mit Photodioden ausgestattet, die das Sonnenlicht einfangen. Anders als bei einem Sextanten geht das aber auch bei bewölktem Himmel und nicht nur um 12 Uhr mittags. "Das polarisierte Sonnenlicht bildet den Tag über bestimmte Muster in der Hemisphäre über uns" , sagt Lee.
Die Photodioden erfassen diese und das auf dem Raspberry Pi basierende Gerät errechnet die Position. Das geht allerdings nicht ganz eigenständig: Das System nutze Daten aus frei zugänglichen Datenbanken, aus denen abzulesen sei, wo am Himmel sich die Sonne zu einem bestimmten Zeitpunkt an einem bestimmten Ort befinde, sagt Lee.
Vorbild sind Wüstenameisen, die polarisiertes Licht nutzen, um zu ihren Nestern zurückzufinden. Diesen Mechanismus haben die vier Entwickler nachgebildet. "Wir kamen auf die Idee, ein Navigationssystem zu entwickeln, das auf dem Insektenauge basiert" , sagt Lee.
Eine ähnliche Methode sollen die Wikinger vor über 1.000 Jahren genutzt haben, um über den Atlantik zu segeln: Mit sogenannten Sonnensteinen – Kalzit, Cordierit und Turmalin – haben sie mutmaßlich den Sonnenstand und damit auch den Kurs bestimmen können, auch wenn der Himmel bedeckt war.
Wie spät ist es genau?
Für die Bestimmung der Länge ist die genaue Uhrzeit nötig. "Die Idee ist, die Uhr auf dem Raspberry Pi zu haben, die regelmäßig aktualisiert wird, indem man das Gerät an den Computer anschließt" , erklärt Lee. "Aber wir haben auch ein RTC Time Module mit dem Pi verbunden. Das ermöglicht uns, die Zeit zu überprüfen, wenn man die Updates bekommt, um die Uhr wieder auszurichten, wenn irgendwelche Fehler aufgetreten sind."
In puncto Genauigkeit kann Aweigh jedoch nicht mit den zentralistischen GNSS konkurrieren.
Aweigh ruhte
Das US-Satellitennavigationssystem GPS etwa garantiert beim Standardsignal eine Ortung auf unter acht Meter. Der offene Dienst des europäischen Systems Galileo mit seinem auf zwei Frequenzen ausgestrahlten Signal ist bis auf ein bis zwei Meter genau.
Da können die Aweigh-Entwickler nicht mithalten: Damit lasse sich die eigene Position auf etwa einen Kilometer genau bestimmen. Das sei natürlich nicht so exakt wie die ganzen Navigationsplattformen, sagt Lee. Aber Aweigh sei schließlich noch in einem sehr frühen Stadium. Und: "Wir haben erst ein paar Monate an dem Projekt gearbeitet." In den vergangenen Monaten hatten sie es ruhen lassen, weil sie sich auf ihre Abschlussprüfungen vorbereiten mussten.
Da diese jetzt vorbei sind, können sie sich wieder ihrem System widmen. Sie wollen einiges an der Hardware machen, um die Genauigkeit zu verbessern. "Wir wären zumindest zu Anfang glücklich mit wenigen Hundert Metern" , sagt Lee. "200 Meter wären toll."
Eine weitere Einschränkung sind Ort und Zeit der Nutzung. "Im Moment empfehlen wir eine freie Sicht zum Himmel" , erklärt Lee. "Es funktioniert auch nur bei Tag." Im Wald dürfte der Nutzer damit verloren sein. Unter Bäumen oder in Straßenschluchten sei der GPS-Empfang unter Umständen ebenfalls eingeschränkt. Technisch sei Aweigh auch für den Einsatz bei Nacht geeignet – dann würden andere Himmelskörper anvisiert, etwa der Polarstern. Das sei wegen der vielen Lichtquellen und der Lichtverschmutzung deutlich schwieriger.
Allerdings, schränkt Lee ein, sei es auch nicht der Sinn von Aweigh, so genaue Positionsbestimmungen wie beispielsweise GPS zu liefern. "Der Zweck des Systems ist, ein dezentralisiertes, transparentes Navigationssystem bereitzustellen." Nutzer in aller Welt seien immer mehr abhängig von Diensten, die von großen Plattformen angeboten würden. Die Nutzer verstünden nicht, wie die Dienste funktionierten. Entsprechend hätten sie keine Kontrolle darüber und auch nicht darüber, welche Daten erfasst würden.
Navigation sei dafür nur ein Beispiel – aber möglicherweise das beste.
Gegen die Abhängigkeit von zentralen Diensten
"Praktisch jeder in der ganzen Welt nutzt GPS zum Navigieren" , sagt Lee. Ziel sei es, Alternativen zu entwickeln, um diese Abhängigkeit zu verringern. "Wir sehen das Navigationsgerät als eine neue Art Technik, die transparent und dezentral ist und die dem Einzelnen mehr Teilhabe gibt. Wir glauben daran, die technische Bildung der Leute in der ganzen Welt zu verbessern, also die Art, wie sie Technik verstehen und zu ihrem eigenen Nutzen manipulieren."
Entsprechend ist Aweigh auch quelloffen. Es sei "eine Reihe von Werkzeugen und Konzepten, die darauf abzielen, moderne Technologien für Mittel der Demokratisierung, Verbreitung und Selbstbestimmung zu öffnen" , heißt es auf der Website. Dort steht auch eine Anleitung mit einer Liste der Komponenten(öffnet im neuen Fenster) bereit, um das Gerät selbst zu bauen.
Wer weniger technisch versiert ist, kann einen Bausatz des Gerätes(öffnet im neuen Fenster) ordern und beim Zusammenbau mehr über Technik lernen. Mit dieser Version wollen die Entwickler die Nutzer animieren, Teile wie etwa das Gehäuse selbst zu entwerfen. Wem schließlich auch das zu schwierig ist, der kann bei den Entwicklern ein fertiges und sofort einsetzbares Gerät(öffnet im neuen Fenster) bekommen.
Im Moment geht das nur als Einzelbestellung. Lee und seine Partner planen aber, ein Startup zu gründen und nach Investoren zu suchen, um Aweigh als Serienprodukt auf den Markt zu bringen – möglicherweise schon im kommenden Jahr.
Aweigh sei aber nur der Anfang, sagt Lee, "das erste von einer ganzen Reihe von Produkten, die wir entwickeln werden. Wir haben uns viele Bereiche angesehen, in denen dezentrale Systeme existieren könnten" .
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