Professor Frank Slomka, die Studenten Heiko Ehret und Patrick Weggler sowie der Doktorand Tobias Bund präsentieren Komponenten des U-Boots.
Eberhardt / Uni Ulm
Wer wohl das Rennen gewinnt: das autonom fahrende Automobil oder das autonom tauchende U-Boot? Zwar muss das U-Boot mit kaum Gegenverkehr rechnen, weil aber jeglicher Funkkontakt nicht möglich ist, sind die Anforderungen höher.
U-Boote bleiben – sofern sie tief genug tauchen - auch deshalb unentdeckt, weil elektronmagnetische Wellen im Wasser derart stark gedämpft werden, dass selbst empfindlichste Antennen kein Signal empfangen. Diese Eigenschaft von Wasser ist allerdings in der zivilen Nutzung von U-Booten von großem Nachteil. Denn sie verhindert neben der uneingeschränkten Kommunikation auf das Fernsteuern, ohne nun ein Kabel hinter sich herziehen zu müssen. In der Regel kommen dafür sogenannte Schleppantennen zum Einsatz, die, wie es die Springer-Autoren Niels Klußmann und Arnim Malik in „Lexikon der Luftfahrt“ ab Seite 69 erklären, mit Frequenzen unter 3 kHz arbeiten. „Diese breiten sich beim Funk als Oberflächenwelle aus und werden weltweit für militärische Zwecke eingesetzt, z.B. für den U-Boot-Funk mit Schleppantennen, der auch in großer Tiefe möglich ist“, schreiben sie.
Wenn ein U-Boot sich also für schwierige Einsätze nicht fernsteuern lässt, dann, so schlagen es nun die Wissenschaftler der Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Informatik und Psychologie der Uni Ulm, vor muss es eben autonom seine Aufgaben erledigen. Sie entwickelten dazu ein etwa 80 Kilogramm schweres und 1,40 Meter langes U-Boot, das zunächst rund 100 Meter tief tauchen soll. Bevor das Gefährt in See stechen kann, wird eine „Wegbeschreibung“ in einem Datenspeicher hinterlegt. Bei der Fahrt kommen dann Regelstrategien zum Einsatz, die in ähnlicher Form bei autonomen Autos oder in Flugzeugen eingesetzt werden.
Ein mit Sensoren und Aktoren bestücktes Embedded System
Herzstück des Unterseeboots ist eine Rechenplattform in Verbindung mit Sensoren und Aktoren, die durch Kommunikationsnetze angebunden sind: „Dieses eingebettete System setzt sich aus mehreren frei programmierbaren Logikeinheiten, genannt FPGAs, mit integrierten ARM-Prozessoren zusammen. Die studentischen Konstrukteure haben freie Wahl, welche Funktionalitäten in die Hardware implementiert oder als Softwareaufgaben realisiert werden“, erklärt Tobias Bund, Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Eingebettete Systeme/Echtzeitsysteme. Die Rechenplattform des Boots kann durch Steckkarten, die beispielsweise Regelung, Energie- oder Datenmanagement übernehmen, modular erweitert werden.
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Als nächster Schritt muss das Ulmer Boot mit einer „Hülle“ versehen werden. Es gilt, das Antriebssystem und die Elektronik fertigzustellen. Außerdem planen die Konstrukteure, Kameras anzubringen, mit denen nicht nur Fischschwärme beobachtet werden können. „Theoretisch könnte man einen Tauch-Roboter auch in ein Hafenbecken werfen, damit er Schiffe nach Drogen absucht. Schmuggler verstecken ihre Ware nämlich gerne an Ansaugstutzen für Kühlwasser der großen Schiffe“, spekuliert Professor Frank Slomka, Leiter des Instituts für Eingebettete Systeme/Echtzeitsysteme.