Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/news/dfki-in-bremen-gehen-roboter-baden-1404-106140.html    Veröffentlicht: 29.04.2014 12:15    Kurz-URL: https://glm.io/106140

DFKI

In Bremen gehen Roboter baden

Roboter und Mee(h)r: Das DFKI in Bremen hat eine Testanlage für Unterwasserroboter eröffnet. Kernstück ist ein Meerwasserbecken mit einem Fassungsvermögen von 3,4 Millionen Litern.

In einem Mondkrater herumkraxeln können Roboter in Bremen schon seit einigen Jahren. Jetzt gehen sie baden: Das Deutsche Forschungsinstitut für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Bremen hat am 28. April 2014 seine Maritime Explorationshalle eröffnet, eine Testanlage für Unterwasserroboter.

Das Becken ist 23 x 19 m groß und 8 m tief - oder besser: hoch - es ist nämlich nicht in den Boden eingegraben, sondern es beginnt im Erdgeschoss. Es fasst 3,4 Millionen Liter Meerwasser, dessen Salzgehalt dem der Ostsee entspricht - Ostsee deshalb, weil sie der nächste Schritt für die Roboter sein wird. Das Becken ist sozusagen der Zwischenstopp für die Schwimmroboter: Sie funktionieren im Labor und müssen sich nun im Becken bewähren, bevor sie ins Meer dürfen.

Einsätze simulieren

"Es geht nicht darum zu prüfen, ob die einzelnen Komponenten dem Druck standhalten, oder zu testen, ob die Software mit den Sensoren zusammenarbeitet, ob die Antriebskörper sich bewegen", erklärt Marc Ronthaler, stellvertretender Leiter des Bremer DFKI, im Gespräch mit Golem.de. In dem Becken werden konkrete Einsatzszenarien durchgespielt "Es geht darum zu schauen, ob die Roboter sich wirklich in einer großen Kurve auf ein bestimmtes Objekt zubewegen können, ob sie es erkennen, ob sie ihm folgen können, ob sie die Datenaufnahmen machen können." Das im Becken zu testen, sei deutlich weniger aufwendig als im Meer.

Das Becken in der maritimen Explorationshalle ähnelt nicht dem in der örtlichen Schwimmhalle, mit glatten, hellblau gekachelten Wänden. In diesem sind vier Installationen, die sich an den Anwendungsszenarien für die Tauchroboter orientieren: Direkt über dem großen Sichtfenster im Erdgeschoss wölbt sich ein Fels. Dieser Überhang sei vor allem für die Meeresforscher interessant, erklärt Frank Kirchner, Leiter des Bremer DFKI, bei der Vorstellung der Anlage: Sie möchten gern in Höhlen, unter Felsvorsprünge und -überhänge spähen, um das dortige Leben zu studieren.

Dagon in der Höhle

Gerade schwebt der gelbe Roboter Dagon unter den Vorsprung. Der 110 x 80 x 40 cm große Roboter ist eigens für solche Aufgaben entwickelt: Er soll unter Wasser Erkundungen durchführen und Karten erstellen. Der Roboter agiert dabei autonom. Angetrieben wird er von sechs Schubdüsen, mit denen er praktisch außer Rollen jede Bewegung durchführen kann. Das autonome Unterwasserfahrzeug (Autonomous Underwater Vehicle, AUV) ist mit einer Videokamera ausgestattet, mit der es vier Stunden HD-Bilder aufzeichnen kann.

Ein herkömmliches unbemanntes Unterwasserfahrzeug, ein Remote Operated Vehicle (ROV), hingegen muss Vorsprünge oder Höhlen jedoch meiden: Es hängt an einem armdicken Kabel, über das das ROV mit Energie versorgt und ferngesteuert wird und über das es seinerseits die Bilder seiner Kamera an das Versorgungsschiff überträgt. Verheddert sich das Kabel, steckt das ROV in der Höhle fest - womöglich sogar unrettbar.

Unterwasserroboter für die Industrie

Meeresforschung ist aber nur ein Anwendungsgebiet. Es gibt auch industrielle Anwendungen für die Unterwasserrobotik, und dafür sind die drei anderen Installationen gedacht: Auf dem Grund des Beckens liegen einige Meter Rohre - so wie sie sich viele Kilometer über die Meeresböden ziehen, durch die Öl oder Gas von unterseeischen Förderstätten an Land oder zu Schiffen fließen, von denen aus die Rohstoffe abtransportiert werden.

Langsam schwebt das Autonomous Vehicle for Aquatic Learning, Operation and Navigation, kurz: Avalon, darüber. Avalon ist ein 1,35 Meter langer, röhrenförmiger Roboter, der sehr wendig ist. Gedacht ist er unter anderem für die Inspektion von Unterwasserbauwerken. Dazu ist er mit vier Kameras mit unterschiedlicher Auflösung ausgestattet sowie mit zwei Sonargeräten, mit denen er die Umgebung abtastet.

Bilder aus Schall

Ab einer gewissen Tiefe ist Sonar nützlicher als Kameras, weil es dort dunkel ist. Bei einem autonomen Roboter sei es nicht praktikabel, das Licht einzuschalten, weil dieses viel Leistung aufnehme und damit die Einsatzzeit verringere, erläutert Kirchner. Die Sonardaten lassen sich in Bilder umrechnen.

An einer Beckenwand befindet sich ein Bedienelement für eine unterseeische Pumpenanlage - sie ist einem Bedienelement der 2010 explodierten Ölplattform Deepwater Horizon nachempfunden. An der benachbarten Wand schließlich ist das Modell einer Basis einer Offshore-Windturbine im Maßstab 1:4 zu sehen.

Anlagen überwachen

Allen diesen Anlagen sei gemeinsam, dass es sich um große Werte handele, die ständig überwacht werden müssten, erklärt Kirchner: Pipelines müssen auf Unterspülungen geprüft werden, da sie an solchen Stellen brechen können. An Basen der Windkraftanlage krallen sich im Nu Pflanzen und Tiere fest.

Derzeit macht das ein Mensch. An Bord eines Schiffes sitzt ein Spezialist, der das ROV ganz langsam entlang einer Rohrleitung steuert und sich die Kamerabilder anschaut, die der Tauchroboter nach oben schickt. Nicht ganz einfach, so etwas: Das Schiff schwankt im Seegang. Es zieht an dem Kabel, das zusätzlich der Strömung viel Angriffsfläche bietet. Gesteuert wird das ROV mit einem Joystick, und so sucht der ROV-Steuerer stundenlang die Rohrleitung auf dem Meeresgrund ab.

Erste Roboter bald im Einsatz

Auf diese Weise beispielsweise Hunderte von Offshore-Windkraftanlagen zu überprüfen, dauere viel zu lange und sei deshalb schlicht unbezahlbar, sagt Kirchner. Der Einsatz eines solchen Schiffes kostet nämlich zwischen 100.000 und 250.000 Euro - pro Tag. Hinzu kommt, dass auf der Nordsee das Wetter oft so schlecht ist, dass Inspektionsfahrten nicht möglich sind.

"Das können wir in Zukunft deutlich einfacher und auch für den Menschen besser machen", sagt Ronthaler: Ein autonomer Roboter wird auf eine bestimmte Aufgabe programmiert, etwa eine Pipeline abzufahren, an bestimmten Punkten vorgegebene Parameter zu überprüfen und dann wieder zurückzukommen. "Das Fahrzeug fährt autonom diese Pipeline ab, schnell, ohne dass ein Mensch dabei gefragt oder gefordert ist, und kann, wenn es etwas ganz Kritisches findet, sogar wieder umdrehen, eine Runde um diese Stelle drehen und von verschiedenen Seiten Aufnahmen machen." Die Bilder werden dann von einem Menschen ausgewertet, und der entscheidet darüber, was weiter geschieht.

Handliche AUVs

Weiterer Vorteil von Dagon oder Avalon: Diese Roboter sind deutlich handlicher als ein herkömmliches ROV. Das wird normalerweise in einem Standardcontainer verschickt - zusammen mit diversen weiteren Containern: einer für die Kabeltrommel sowie weitere für Zubehör. In dem Szenario der Bremer Robotiker wird dieser Aufwand nicht mehr nötig sein: In der unterseeischen Anlage soll eine Garage für einen Roboter wie Avalon errichtet werden. Von der aus operiert er und zu der kehre er wieder zurück, wenn er seine Patrouille beendet hat. Dort kann er seine Akkus wieder aufladen und gleichzeitig seine Daten an die Oberfläche übertragen.

Zukunftsmusik? Nicht ganz, sagen die DFKI-Forscher: "Wir haben ganz konkret die Pläne, nächstes Jahr mit unseren Kollegen von British Gas in Brasilien im Offshore-Einsatz zu sein", erzählt Kirchner. Ein Pipeline-Verfolgungssystem wie das beschriebene werde spätestens in zwei Jahren im Einsatz sein, ist Ronthaler überzeugt.

Schrittweiser Prozess

Das bedeute aber nicht, dass die Halle dann ausgedient habe. "Wir werden zunächst die Navigation in den Griff bekommen müssen", erklärt Kirchner. "Dann werden wir uns an die Intervention herantasten, das heißt das Anfassen, Bewegen und Manipulieren von Objekten." Diese Entwicklung könne sich über zehn bis zwanzig Jahren hinziehen, schätzt Kirchner. "Das wird ein schrittweiser Prozess."

Aber auch daran wird schon gearbeitet: In einem deutlich kleineren Becken haben die DFKI-Robotiker ein System mit einem Manipulator und zwei Kameras aufgebaut. Das entspreche der Ausstattung eines herkömmlichen ROV, erklärt Kirchner. Bislang werde der Manipulator mit einem Joystick gesteuert. Damit klaubt der Steuerer beispielsweise Transponder, etwa 30 cm lange Röhren, vom Meeresboden auf. Die DFKI-Forscher wollen diese Prozedur vereinfachen: Sie entwickeln eine Software, mit der das Greifen semiautonom ablaufen soll: Der Steuerer markiert auf dem Videobild des ROV einen Gegenstand, und das ROV greift sich diesen. Vorteil dieser Lösung: Sie kann auf bestehende Systeme übertragen werden.

Fummeln auf dem Meeresgrund

Dann gibt es aber schon den Seegrip: Das ist eine Roboterhand für den Tiefseeeinsatz. Sie hat drei Finger mit je drei Gliedern. An jedem der beiden äußeren Fingerglieder sitzen Drucksensoren mit insgesamt 2.400 Druckpunkten. Gedacht ist das System für eine taktile Inspektion in einer Tiefe bis zu 6.000 Metern. Licht gibt es dort ohnehin keines. Also tastet ein Roboter mit diesem Greifer eine Rohrleitung ganz einfach nach einem Leck ab. Die Daten kommen bei einem Steuerer an, der ein Exoskelett trägt, das die sensorische Wahrnehmung des Greifers auf den Menschen überträgt.

Für komplexe Aufgaben unter Wasser sollen mehrere Systeme eingesetzt werden: eines, das manipuliert, und eines, das unter Wasser filmt. Dafür setzt sich der Steuerer dann auch nicht vor einen Bildschirm, sondern nutzt einen Raum, wie ihn das DFKI in der neuen Explorationshalle eingerichtet hat: Er ist abgedunkelt, und an einer Seite sind sieben etwa mannshohe Bildschirme in einem Halbkreis angeordnet.

Mittendrin

Der Steuerer steht in der Mitte, trägt eine Polarisations-3D-Brille und sieht die Bilder, die der Kameraroboter von der Ölförderanlage oder den Basen der Windräder an die Oberfläche schickt. Diese füllen das ganze Gesichtsfeld des Betrachters aus. "In der Cave haben Sie das Gefühl, dass Sie selbst in der Anlage drin stehen", beschreibt Ronthaler den Eindruck. Der Steuerer kann von dort aus dann etwa mit einem Exoskelett den Manipulationsroboter steuern.

Das sei derzeit noch Forschung, aber nicht im Einsatz, sagt Ronthaler. Noch nicht. Eine Förderstation am Meeresgrund sei kein kleineres Pumpenhäuschen, sondern eine großtechnische Anlage von der Größe eines Stadtteils, deren Wert sich im Bereich von Milliarden bewege. "Und keiner weiß so richtig: Wie sieht es dort unten eigentlich aus? Sind die Einrichtungen in Ordnung? Ist die Milliardeninvestition gerade in Gefahr?" Der Druck, sich darüber Klarheit zu verschaffen, sei hoch. "Dafür ist eine Cave eine hervorragende Möglichkeit, und deshalb glaube ich, dass wir die sehr schnell sehen werden."

Robotervorführung

Die Hürde, solche Technik einzuführen, sei recht hoch. Falle nämlich eine Förderanlage für einen Tag aus, könne das schnell einen Ausfall im dreistelligen Milliardenbereich bedeuten. Das Becken könne helfen, Überzeugungsarbeit zu leisten: Darin könnten sie den Verantwortlichen vorführen, was möglich sei, was diese Roboter könnten.

Aber nicht nur die. Auch die Öffentlichkeit kann das neue Roboterschwimmbecken besichtigen: Am heutigen Dienstag, dem 29. April, veranstaltet das DFKI einen Tag der offenen Tür. Von 10 Uhr bis 16:30 Uhr präsentieren die Bremer Robotiker ihre neue Halle und einige ihrer Roboter, darunter etwa den Affenroboter Charlie, den Mondrover Sherpa oder die attraktive Roboterdame Aila.  (wp)


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