30 Zentimeter lang sind die Unterwasserroboter, die im Schwarm unterwegs sein werden.
TUHH/Solowjow
Wissenschaftler der Technischen Universität Hamburg (TUHH) forschen am Thema "Autonome Unterwasserfahrzeuge im intelligent vernetzen Flottenverbund". Inspiriert durch die Schwarmforschung. Die Forscher wollen herausfinden, nach welchem Prinzip Fische Informationen im Schwarm verarbeiten, darauf reagieren und sich synchronisieren.
Die Arbeitsverhältnisse unter Wasser sind sowohl für Menschen und als auch für Roboter unfreundlich. Problematisch für letztere sind Korrosion, Wasserdrücke, schlechte Sicht und fehlende Kommunikation. Sensoren und Kamerasysteme, die in der Luft und auf dem Boden zum Einsatz kommen versagen. Auch GPS und Funk funktionieren im Wasser nur sehr eingeschränkt. Eine Lokalisierung ist einzig mit aufwendigen akustischen Verfahren möglich damit der Roboter weiß, wo er sich befindet", erklärt Maschinenbau-Ingenieur und Doktorand Eugen Solowjow, der sich gemeinsam mit seinem Kollegen, dem wissenschaftlichen Mitarbeiter Axel Hackbarth, unter der Betreuung von Professor Edwin Kreuzer mit den autonomen Unterwasserfahrzeugen am TUHH-Institut Mechanik und Meerestechnik beschäftigt.
"Jedoch haben wir in erster Linie kein Interesse an der Entwicklung bestimmter Sensoren, die etwas messen können. Wir konzentrieren uns auf Roboter, die diese Sensoren durch den Raum, beziehungsweise durch das Wasser tragen", erläutert Solowjow. Dort erfüllen sie ihren Job und analysieren, wo sie als nächstes messen werden. Ihre Aufgabe ist getan, sobald sie ein bestimmtes Strömungsfeld aufgespürt haben, erläutert er weiter.
Roboter, die als Schwarm agieren
"Das ist bislang in der Technik wenig erforscht und Gegenstand unserer Grundlagenforschung. Dahinter steht die Frage: Wie können wir Roboter bauen, die als Schwarm agieren und dabei die beschriebenen Aufgaben lösen", verrät Solowjow. Schwierig werde es, das koordinierte Schwarmverhalten von beispielsweise Fischen und Vögeln auf ein technisches System zu übertragen. Die Frage die sich dem Jungforscher stellt ist daher, nach welchem Prinzip die Fische Informationen im Schwarm verarbeiten, darauf reagieren oder sich synchronisieren. "Das versuchen wir mit unserem Robotersystem umzusetzen." Denn in den Tiefen des Meeres seien die Roboter auf sich alleine gestellt.
30 cm lange Prototypen finalisieren
Ebenfalls Thema am Institut ist die Hardwareentwicklung. Roboter, die sich wie Bienen oder Ameisen zu großen Schwärmen zusammenfinden und koordiniert verhalten können, müssen klein, billig und robust sein, zugleich aber auch über ein Minimum an Rechenkapazität verfügen sowie mit Sensorik ausgestattet sein. Derzeit sind Eugen Solowjow und Kollege Axel Hackbarth damit beschäftigt einen 30 Zentimeter langen Prototypen in finaler Version zu bauen. Die Teile dafür kommen aus dem 3D-Drucker. Im Übrigen ist die Hard- und Software des Projekts "Open Source". "Ziel ist der Bau einer günstigen Plattform. Unsere Idee ist, den Preis deutlich unter 1000 Euro zu halten. So kann jeder, der Interesse hat, diesen kleinen Roboter nachbauen und testen. Der Austausch mit dieser interessierten Gemeinschaft, die sich zu gleichen Teilen aus Wissenschaftlern, Industrie (vor allem Start-ups in den USA) und Tüftlern zusammensetzt, ist sehr wichtig für uns, denn zur Erprobung des Roboters werden hunderte von Schwimmstunden benötigt."
Getestet werden die Prototypen zurzeit in einem Wasserbecken des Instituts, später in einem Hamburger Schwimmbad und schließlich in einem Wassertank der University of Maryland. Dort kooperiert das TUHH-Institut mit dem US-Wissenschaftler Professor Derek Paley, der den Wassertank für Forschungszwecke zur Verfügung stellt. Ausgestattet mit zahlreichen Unterwasserkameras und Messsystemen ist das Becken einzigartig. Selbst die zivile US-Bundesbehörde für Raumfahrt und Flugwissenschaft/NASA testet dort Geräte. Wenn diese Etappenziele erfolgreich gemeistert sind, soll das System auch in Gewässern wie Elbe, Nord- oder Ostsee eingesetzt werden.