Die Meeresverschmutzung ist eines der drängendsten Probleme unserer Zeit – aber auch eines der am besten verdrängten. An der TU München werden Roboter entwickelt, die den Meeresmüll automatisiert aufsammeln können.
Ein automatisiert müllsammelndes System besteht aus vier Robotern und sorgt für saubere Meeresböden.
The SeaClear Project
Der politische Wille, die Meere von Müll freizuhalten besteht schon lange. Die Londoner Konvention LC72 "[...] ist eines der ersten globalen Übereinkommen zum Schutz der Meeresumwelt vor menschlichen Aktivitäten und seit 1975 in Kraft. Ziel ist es, die wirksame Kontrolle aller Quellen der Meeresverschmutzung zu fördern und alle praktikablen Schritte zu unternehmen, um die Verschmutzung des Meeres durch Ablagerung von Abfällen und andere Stoffe zu verhindern", benennt eines der wichtigsten Vertragswerke Springer-Vieweg-Autor Uwe Jacobshagen in seinem Buchkapitel Sonstige Belastungen durch Brauchwasser auf Seite 101.
Aktuell sind 87 Staaten Vertragspartner dieses Übereinkommens. Doch politische Gremien sind das eine. An was es fehlt, sind ganz konkrete Maßnahmen, wie der Müll aus den Meeren wieder herauszubekommen ist.
Maschinelles Lernen für Müllsammler
Eines davon wird derzeit an der Technischen Universität München (TUM) entwickelt, und zwar ein Robotersystem, das Abfall unter Wasser ortet und einsammelt. Grundlage dafür sind Methoden des maschinellen Lernens, also der Künstlichen Intelligenz (KI).
Nötig sind solche Projekte aufgrund der schieren Ausmaße des Problems. Wissenschaftler schätzen, dass zwischen 26 und 66 Millionen Tonnen an Plastikmüll in den Meeren treiben oder zu Boden gesunken sind. Bisherige Müllbeseitigungsmaßnahmen setzten auf Taucher und deckten meist nur die Wasseroberfläche ab.
Die TUM hat nun mit acht europäischen Partner-Instituten SeaClear entwickelt. Es besteht aus vier einzelnen Roboter-Komponenten:
- ein autonom fahrendes Roboter-Boot, das einen ersten Scan des Meeresbodens durchführt und größere Müllansammlungen markiert;
- ein Beobachtungs-Roboter, der den Müll aufspürt und Informationen wie Nahaufnahmen des Meeresbodens liefert;
- eine Drohne, die aus der Luft weiteren Müll im Wasser erkennt (mit diesen Daten wird eine virtuelle Karte erzeugt);
- sowie ein Sammel-Roboter, der dann bestimmte Punkte dieser Karte abfährt und den Müll aufsammelt. Größere Teile werden mit einem Greifer und einem Korb, der mit dem Schiff verbunden ist, abtransportiert.
"Autonome Roboter für den Einsatz unter Wasser zu entwickeln, stellt eine ganz besondere Herausforderung dar", sagt Stefan Sosnowski, Technischer Leiter des SeaClear-Projekts am Lehrstuhl für Informationstechnische Regelung an der TUM. Sobald ein Stück Müll identifiziert und geortet sei, müsse sich der Roboter zunächst in dessen Nähe bewegen. Dabei könne er mitunter auf starke Strömungen treffen, gegen die er sich durchsetzen müsse. Das richtig auszusteuern, sei Aufgabe der TUM im SeaClear-Projekt.
Datenberechnung auf See schwierig
Die Forscher verwenden dazu Methoden des maschinellen Lernens. Sie berechnen, wann und unter welchen Bedingungen sich der Roboter auf eine bestimmte Weise bewegt. So können genaue Vorhersagen über sein Verhalten getroffen werden. Wie dies berechnet wird, ist eine weitere Herausforderung, da auf See nicht die gleichen Rechnerleistungen zur Verfügung stehen wie an Land.
SeaClear könnte bei Praxisreife Unterwasserabfälle mit einer prognostizierten Quote von 80 Prozent einordnen und zu 90 Prozent erfolgreich einsammeln. Das wäre, so die Wissenschaftler, vergleichbar mit dem Erfolg beim Einsatz von Tauchern. Erste Versuche mit dem Prototyp starteten im Oktober 2021 im kroatischen Dubrovnik. Im Mai 2022 folgen Versuche im Hamburger Hafen.
Solche Projekte sind dringend nötig. "Kunststoffe, welche ca. 70 % der in die Meere und Ozeane eingetragenen Abfälle ausmachen sollen [...], haben aufgrund ihrer persistenten Eigenschaften und der enthaltenen umweltschädlichen Additive das größte Schadpotenzial unter den marinen Abfällen", benennen die Springer-Vieweg-Autoren Marco Breitbarth und Arnd I. Urban in ihrem Buchkapitel Abfälle in deutschen Fließgewässern auf Seite 26 eine der größten Gefahren.