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Weltraum trifft Tiefsee

Bewegungen eines Kettenfahrzeuges dienen dem Diplom-Informatiker Sascha Lehmenhecker vom Bremerhavener AWI als Information für die Softwareentwicklung des unter Extrembedingungen einsetzbaren Roboters. Foto: Wolfgang Heumer
Bewegungen eines Kettenfahrzeuges dienen dem Diplom-Informatiker Sascha Lehmenhecker vom Bremerhavener AWI als Information für die Softwareentwicklung des unter Extrembedingungen einsetzbaren Roboters. Foto: Wolfgang Heumer

Außergewöhnlicher kann eine Forschungsallianz nicht sein: Tiefseeforscher und Raumfahrtexperten arbeiten gemeinsam an der Entwicklung von Robotern. Beide suchen nach Technologien, die die Erforschung schwer erreichbarer Gebiete auf dem Mond oder in den Tiefen der Ozeane ermöglichen.

Das Kettenfahrzeug, das Sascha Lehmenhecker mit Hilfe einer Fernsteuerung durch sein Büro lenkt, wirkt wie ein etwas zu groß geratenes Kinderspielzeug. Doch der Diplom-Informatiker vom Bremerhavener Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) lässt das Vehikel nicht aus Spaß auf dem Flur in die benachbarte Werkstatt Pirouetten drehen und über dicke Plastikrohre krabbeln. Mit aufmerksamem Forscherblick registriert der 36-Jährige, wie das Fahrzeug seine Bewegung ändert, wenn er eine der beiden Antriebsketten beschleunigt oder bremst: "Das sind wichtige Informationen, um eine Software zu entwickeln, mit deren Hilfe sich das Fahrzeug autonom bewegen kann." Eines Tages könnte dieses Wissen dazu beitragen, dass sich ein Roboter selbstständig auf dem Mond bewegt oder den Meeresboden in tausenden Metern Tiefe erkundet.

Ein solches autonomes Vehikel für den Einsatz unter extremen Bedingungen zu entwickeln, gehört zu den Zielen der Robex-Allianz, zu der sich bundesweit mehrere Helmholtz-Zentren, Hochschulen und Universitäten zusammengeschlossen haben. "Robex" steht für "Robotische Exploration unter Extrembedingungen" – am Ende des Projektes soll demonstriert werden, wie unbemannte Missionen auf dem Mond oder in der Tiefsee aussehen können. Mit Sensoren, Instrumenten oder Kamerasystemen ausgestattete mobile und stationäre Einheiten, die miteinander kommunizieren können, sollen dabei zu einer Art Observatorium ausgebaut werden.

Eines der "geistigen Zentren" des Forschungsverbundes ist das Land Bremen – neben dem AWI sind auch das DLR-Zentrum für Raumfahrtsysteme, das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI), das Zentrum für Marine Umweltwissenschaften Marum, die Universität Bremen sowie die Jacobs University Bremen an dem Vorhaben beteiligt. Doch das Außergewöhnliche ist nicht die Zusammenballung der Kompetenzen, sondern die thematische Bandbreite, die dahinter steckt. "Hier arbeiten Raumfahrt-Experten und Tiefseeforscher zusammen, die ohne diese Allianz wohl kaum ihre Gemeinsamkeiten entdeckt hätten", sagt Corinna Kanzog, administrative Koordinatorin von Robex.

Ungewöhnliche Zusammenarbeit

Dass Tiefseeforscher und Raumfahrtexperten einmal gemeinsam an demselben Projekt arbeiten, hätte auch Tim van Zoest bislang nicht gedacht. Doch als der Leiter der Abteilung Explorationssysteme am Deutschen Institut für Luft- und Raumfahrt (DLR) intensiver über den Aufbau einer Forschungsstation auf dem Mond nachdachte, beschäftigte er sich mit einer ähnlichen Herausforderung wie die Tiefsee-Wissenschaftler des AWI: "Wir brauchen Vehikel, die sich über einen langen Zeitraum in einer extremen Umgebung bewegen und dabei selbstständig eine Reihe komplexer Aufgaben erledigen können." Ähnlich formulierte das AWI einen Projektantrag an die Helmholtz-Gemeinschaft – nur dass die Bremerhavener ihr Fahrzeug in den Tiefen der Ozeane einsetzen wollen, die bislang genauso wenig erkundet sind wie die Mondoberfläche.

Dass die Helmholtz-Gemeinschaft beide Projektanträge zu einem gemeinsamen Forschungsvorhaben zusammenstellte, erstaunte die Experten der beiden so unterschiedlichen Disziplinen zunächst. Schließlich stellen die Einsatzgebiete jeweils andere Anforderungen: Geräte für den Weltraumeinsatz müssen sehr leicht sein, extremen Temperaturunterschieden standhalten und gegen "harte" Strahlungen geschützt sein. Unterwasserfahrzeuge dagegen sind extremen Druckbelastungen von bis zu 1.100 bar ausgesetzt, was eine entsprechend kräftige Struktur erfordert. Und während sich Weltraumsysteme gegebenenfalls über Sonnensegel mit Energie versorgen können, müssen Unterwasserroboter ihre Energiequelle die ganze Einsatzzeit über mitschleppen.

Autonome Steuerung notwendig

Robex steht für Robotische Exploration unter Extrembedingungen. Dr. Corinna Kanzog, administrative Koordinatorin, und Diplom-Informatiker Sascha Lehmenhecker testen einen Roboter-Prototypen. Foto: Wolfgang Heumer
"Robex" steht für "Robotische Exploration unter Extrembedingungen". Dr. Corinna Kanzog, administrative Koordinatorin, und Diplom-Informatiker Sascha Lehmenhecker testen einen Roboter-Prototypen. Foto: Wolfgang Heumer

Größter gemeinsamer Nenner bei robotischen Systemen für derart unterschiedliche Einsatzgebiete ist die autonome Steuerung. "Unter Wasser und im Weltraum sind die Anforderungen relativ ähnlich", sagt Professor Frank Kirchner, der das Robotics Innovation Center am DFKI in Bremen leitet.

Die Bandbreite reicht von intelligenten Energie-Managementsystemen, die beispielsweise nicht benötigte oder defekte Systeme abschalten, bis zu der Fähigkeit des Roboters, Entscheidungen, zum Beispiel über die Fortsetzung einzelner Experimente, zu treffen. Autonome Systeme zu entwickeln, ist für die DFKI-Experten in Bremen fast Alltag. Doch bei Robex gibt es auch für sie neue Herausforderungen. "Die stecken zum Beispiel in der langen Einsatzdauer", meint Kirchner.

Der Weg zur gemeinsamen Projektwelt entwickelte sich dabei für Raumfahrer und Tiefseeforscher zur Entdeckungstour – durch bis dahin unbekannte Arbeitsweisen der Partner aus der jeweils anderen Wissenschaftswelt. "Die Raumfahrt-Kollegen denken und planen in ganz anderen Zeiträumen als wir", stellte Corinna Kanzog fest. Während die AWI-Techniker Instrumente beispielsweise für die Erkundung des arktischen Ozeans innerhalb eines Jahres entwickeln, "läuft dieser Prozess in der Raumfahrt unter Umständen über Dekaden", sagt die Koordinatorin.

Beton als Material vorgeschlagen

"Tiefseeforscher können unter Umständen auf handelsübliche Bauteile zurückgreifen, wir müssen jede einzelne Komponente entwickeln und zertifizieren lassen", sagt Tim van Zoest. Die Wissenschaftler entdeckten jedoch schnell, dass sie sich auch auf überraschende Weise ergänzen können. Als Lehmenhecker Material für ein tiefseetaugliches Gehäuse suchte, schlugen ihm Raumfahrtexperten Beton vor: "Luna-Concrete" ist als Material für den Bau einer Mondstation gedacht.

Für das erste Experiment im Rahmen von Robex greift Sascha Lehmenhecker aber auf bewährte Technologie zurück. Das kleine Kettenfahrzeug in seinem Büro ist der erste Schritt zu "Tramper" – das autonome Unterwasserfahrzeug soll eines Tages durch den "Hausgarten" des Alfred-Wegener-Instituts rollen. Der "Hausgarten" ist ein Areal im Arktischen Ozean, in dem die AWI-Wissenschaftler seit 1999 regelmäßig Untersuchungen vornehmen und in bis zu 5.500 Metern Tiefe insgesamt 17 Messstationen verankert haben.

Neben einem ferngesteuerten Erkundungsgerät setzen die Tiefseeforscher dort bereits heute ein autonomes Unterwasserfahrzeug ein. Beide können aber nur relativ kurze Zeit unterwegs sein. "Tramper" dagegen soll ein Jahr lang autonom am Tiefseeboden arbeiten. Die Herausforderung für den Orientierungssinn des Roboters ist dabei nicht nur wissenschaftlicher Natur. Vor Jahren haben die Tiefseeforscher irgendwo im Hausgarten einen Gartenzwerg aufgestellt. "Und den wollen wir natürlich nicht überfahren", sagt Lehmenhecker.

Mehr unter www.robex-allianz.de

6.874 Zeichen, Autor: Wolfgang Heumer

Pressekontakt:

Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung

Abteilung Medien und Kommunikation

E-Mail: medien[at]awi.de

Erstellungsdatum: 21.10.2013