Frank Kirchner spricht bei „Wissen um elf“ über Systeme für extreme Umgebungen Mit Robotern in den Weltraum

Die Unterwasserwelt und der Weltraum haben eigentlich viele Gemeinsamkeiten, so sieht es jedenfalls Frank Kirchner: Beides sind extreme Umgebungen. Die Erkenntnisse, die beim Programmieren und Konstruieren von Weltraumrobotern erlangt werden, können auf den Unterwasserbereich übertragen werden.
01.06.2014, 00:00
Lesedauer: 3 Min
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Von Solveig Rixmann

Die Unterwasserwelt und der Weltraum haben eigentlich viele Gemeinsamkeiten, so sieht es jedenfalls Frank Kirchner: Beides sind extreme Umgebungen. Die Erkenntnisse, die beim Programmieren und Konstruieren von Weltraumrobotern erlangt werden, können auf den Unterwasserbereich übertragen werden.

Weltraum und Unterwasser – auf den ersten Blick zwei komplett unterschiedliche Welten. Nicht für die Robotertechnik. „Nichtsdestotrotz ist es fast überall gleich: Man muss verschiedene Dinge einfach beherrschen“, sagt Frank Kirchner, Standortleiter des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz GmbH (DFKI) Bremen, der in seinem Vortrag „Von der Raumfahrtrobotik zu maritimen Anwendungen“ bei der Vortragsreihe „Wissen um elf“ im Haus der Wissenschaft über Robotersysteme berichtete. Ob Unterwasser oder im Weltraum, Robotersysteme müssen Mobilität und Navigation beherrschen. Und wenn sie ihr Ziel erreicht haben, müssen sie auch noch fähig sein, eine Handlung auszuführen. Diese Handlungsunfähigkeit im Meer war zum Beispiel beim Bohrinselunglück „Deepwater Horizon“ ein Problem.

Am DFKI werden Robotersysteme für komplexe Aufgaben entwickelt. Frank Kirchner ist dort für den Forschungsbereich Robotics Innovation Center zuständig, außerdem ist er Leiter des Lehrstuhls Robotic an der Universität Bremen und seit November 2013 wissenschaftlicher Leiter für den Aufbau eines Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz in Brasilien. Das DFKI besitzt eine Weltraum-Explorationshalle, in der beispielsweise künstliche Krater aufgebaut sind, Außenanlagen und verschiedene Labore sowie für die Unterwasser-Forschung eine neue maritime Explorationshalle. „Das ist kein Ersatz für das Meer – das wird es nie sein“, sagt Frank Kirchner. Ziel sei es, ein möglichst realitätsnahes Labor zu haben, in dem die Systeme in ihrer komplexen Gesamtheit getestet, ausgewertet, geprüft und vorgeführt werden können. Das mathematische Kernproblem ist simpel: Über Sensoren nimmt der Roboter seine Umwelt wahr, dann versucht er. eine Aktion zu finden, die er ausführen muss. „Wir suchen diese Funktion, die Zustände der Umgebung abbildet, in Aktionen des Roboters.“ Diese Aktion sollte möglichst optimal sein. Es sei immer gedacht worden, diese Mathematik sei das eigentliche Problem, erklärt Frank Kirchner. Zunehmend stelle sich aber heraus, dass der Roboter selber ein ganz wichtiger Parameter sei. Je mehr Möglichkeiten ein Roboter hat, um mit der Umwelt in Aktion zu treten, desto besser – aber je komplexer das System und seine Funktionen werden, umso anfälliger ist es.

Schwierige Bedingungen

„Es gibt ganz viel Überschneidungen und Ähnlichkeiten“, sagt Frank Kirchner über die Anforderungen der Unterwasserwelt und des Weltraums. Spezifische Ansprüche an das Material, an die Sensoren und die Hardware, aber auch autonome Funktionen und intelligentes Verhalten der Roboter sind einige der Herausforderungen, die es dabei zu lösen gilt. Unter Wasser herrscht ein hoher Druck. In 5000 Metern Tiefe seien das 500 bis 600 Bar, sagt Frank Kirchner, was etwa 500 Kilogramm pro Quadratzentimeter entspräche. „Stellen Sie sich vor, auf jedem Quadratzentimeter Ihres Körpers liegt ein halber VW-Käfer“, vergleicht er die Belastung. Im Weltraum ist es genau umgekehrt, dort gibt es ein Vakuum. Dort gibt es keinerlei Atmosphäre, und daher ist dort ein fast absoluter Nullpunkt der Temperatur.

Auch für die Bildverarbeitung herrschen schwierige Bedingungen. Auf der Planetenoberfläche gibt es Staub und im Orbit extrem harte Übergänge zwischen maximalem Licht und absoluter Dunkelheit. Unterwasser gibt es ab 200 Metern Tiefe kein Licht mehr. Dort muss dann eine eigene Lichtquelle betrieben werden. „Das ist sehr, sehr energieziehend“, erklärt Frank Kirchner. Auch die Schwebeteilchen im Wasser behindern die Aufnahmen. Im Scheinwerferlicht fangen diese kleinen Partikel an zu leuchten.

Früher wurden große Computer benötigt, um einen Roboter zu steuern. Mittlerweile arbeitet nicht nur ein Computer für einen Roboter. Ein Roboter habe jetzt in jedem Gelenk einen Computer – und der sei viel, viel leistungsfähiger als das, was in der Anfangszeit der Robotik zur Verfügung gestanden hätte, sagt Frank Kirchner. In der Raumfahrtrobotik werde momentan an zwei großen Themen gearbeitet, berichtet er: der Erkundung von Oberflächen und dem On-Orbit-Servicing. Bei den Arbeiten im Weltraum müsse insbesondere für die Beseitigung des Weltraummülls eine Lösung erarbeitet werden, meint er.

Die Roboter, die im DFKI entwickelt werden, sind Prototypen. Sie sind der erste Schritt auf dem Weg zu einem ausgereiften System. „Forschung ist etwas, was man präventiv machen muss.“ Auch wenn damit nicht gleich Geld verdient werden kann. Denn: „Geld und Wohlstand – wenn man das so übertragen kann – entsteht einzig und allein durch eine Ressource: unser Wissen. Nur das ist es, was unseren Wohlstand sichert – in der Vergangenheit, jetzt und in der Zukunft.“

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