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Autonome Roboter für Weltraumeinsätze

| Redakteur: Katharina Juschkat

Das DFKI forscht seit geraumer Zeit an autonomen Robotersystemen für den Einsatz im Weltall. Auf der Hannover Messe stellen sie die neueste Generation vor.

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Die verschiedenen Weltraumroboter testet das DFKI unter realitätsnahen Bedingungen, wie hier in einem Nachbau der ISS.
Die verschiedenen Weltraumroboter testet das DFKI unter realitätsnahen Bedingungen, wie hier in einem Nachbau der ISS.
( Bild: DFKI GmbH/Jakob Weber )

Das DFKI zeigt auf der Hannover Messe Konzepte für autonome Weltraumroboter, die über lange Zeiträume unter extremen Bedingungen eigenständig operieren sollen. Auf fremden Planeten sollen die Roboter in schwer zugängliche Gebiete wie Höhlen und Krater vordringen oder Infrastruktur für zukünftige Basislager aufbauen, im Orbit Wartungs- und Reparaturarbeiten an Satelliten vornehmen oder Weltraumschrott aus der Erdumlaufbahn entfernen.

Dabei ist die Fernsteuerung der Systeme von der Erde aus schon allein aufgrund der verzögerten Kommunikation nicht praktikabel. Deshalb müssen zukünftige Weltraumroboter zu selbstständig handelnden Akteuren werden.

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Neue Mobilitätskonzepte für schwieriges Terrain

Um auf fremden Planeten auch in schwieriges Terrain vordringen zu können, entwerfen die Wissenschaftler hochkomplexe und biologisch inspirierte Mobilitäts- und Morphologie-Konzepte: von vielgliedrigen Laufrobotern über hybride Systeme, die über Bein-Rad-Konstruktionen verfügen, und schreitfähigen Rovern mit aktivem Fahrwerk bis hin zu aufrechtgehenden und kletternden Systemen in menschenähnlicher Gestalt.

Die autonomen Roboter sollen im Bedarfsfall auch von der Erde oder dem Raumschiff aus fernsteuerbar sein. Insbesondere bei Aufgaben, die ein hohes Maß an Flexibilität erfordern, kann es notwendig sein, dass der Mensch in die Mission eingreift. Die Forscher entwickeln dafür neue Teleoperationstechnologien mit intuitive Bedienung. Die Roboter können beispielsweise mithilfe eines Exoskeletts gesteuert werden, das Kraftrückkopplung ermöglicht. Auf diese Weise spürt der menschliche Operator, wenn das System auf ein Hindernis trifft, und hat so das Gefühl, Teil des Geschehens zu sein.

Kollaboration zwischen Astronaut und Roboter

Künftig sollen Roboter und Astronauten im Weltraum auch direkt zusammenarbeiten, z.B. beim Aufbau von Infrastruktur. Hierbei setzten die Forscher auf unterschiedliche Grade der Autonomie: Je nach Komplexität der Aufgabenstellung kann der Roboter mehr oder weniger autonom agieren. Der Astronaut kann dann eingreifen, wenn der Roboter nicht weiterkommt und bringt ihm neue Verhaltensweisen bei.

Um die neuen Technologien unter möglichst realitätsnahen Bedingungen zu testen, begaben sich Wissenschaftler des DFKI und der Universität Bremen Ende 2016 in die marsähnliche Wüste des US-Bundestaats Utah, um eine komplette Missionssequenz zu simulieren und die Fähigkeiten der Rover Sherpa TT und Coyote III auf die Probe zu stellen. Ziel der Mission war es, im Roboter-Team eine logistische Kette zu errichten, um autonom die Umgebung zu erkunden und Bodenproben zu nehmen. Für die Kontrolle der Mission nutzten die Wissenschaftler einen Leitstand in Bremen, der per Satellitenlink eine Kommunikationsverbindung zu den Robotern in Utah aufbaute. Per Exoskelett gelang es einem Operator, die Systeme aus über 8.300 km Entfernung intuitiv zu steuern.

Tests in Wüsten und Lavahöhlen

Im November 2017 führte eine zweiwöchige Feldtestkampagne DFKI-Forscher auf die Kanareninsel Teneriffa. Dort testeten sie neuentwickelte Algorithmen zur (teil-)autonomen Erkundung von schwer zugänglichem Gelände, die es den Robotern Crex und Asguard IV ermöglichten, die für die Raumfahrtforschung hochinteressanten Lavahöhlen auf der Insel zu erkunden.

Zuletzt – von November bis Dezember 2018 – stellten die Bremer Forscher zusammen mit europäischen Partnern für den Weltraumeinsatz entwickelte Software in der marokkanischen Wüste auf die Probe. Als robotische Testplattform diente erneut der hybride Schreit- und Fahrrover Sherpa TT des DFKI, der mit neuer Software eine Strecke von über 1,4 km durch die von weiten Ebenen, aber auch steilen Hängen und Schluchten geprägten Landschaft zurücklegte.

Hannover Messe 2019: Halle 2, Stand C59

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