Autonome Roboter sollen wie Fische im Wasser agieren

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Schwarmforschung inspiriert die Robotik: Hamburger Forscher entwickeln autonome Unterwasserfahrzeuge für einen intelligent vernetzten Flottenverband.

Immer wieder verblüfft die Natur mit hochkomplexem Verhalten bei Tieren, die in großen Gruppen leben. Mit nur wenigen Regeln organisiert sich etwa ein Fischschwarm, um einem Feind zu entfliehen. „Der Nachteil der einfachen Fähigkeiten ihrer Schwarmteilnehmer wird durch ihre große Anzahl und die dadurch erreichte massive Parallelität ausgeglichen. Auf emergente Weise wird für das Gesamtsystem zielgerichtetes Handeln ermöglicht. Die Umwelt wird dabei gewissermaßen als externes Gedächtnis benutzt“, erklärt Springer Autor Oliver Kramer in „Computational Intelligence“ (Seite 41).

Von solcher Schwarmintelligenz fasziniert, versuchen Forscher und Ingenieure dieses natürliche Verhalten zu entziffern und technisch nutzbar zu machen. „Der globale Trend, der vor etwa zehn Jahren losgetreten wurde, beschäftigt sich vornehmlich mit autonomen Robotern, Flugdrohnen und Autos. Nur wenig entwickelt jedoch zeigt sich die Unterwasserrobotik“, sagt Eugen Solowjow von der Technischen Universität Hamburg (TUHH), wo er sich als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Mechanik und Meerestechnik dem Thema „Autonome Unterwasserfahrzeuge im intelligent vernetzten Flottenverbund“ widmet.

Unterwasserroboter als Sensorträger

Der Bedarf für die Unterwasserrobotik speziell im Schwarm indes steht außer Frage, denn desaströse Ereignisse im maritimen Umfeld, wie der Austritt von Gefahrenstoffen wie Öl, Chemikalien oder radioaktives Material, fordern eine schnelle Reaktion. So lagern beispielsweise auf dem Grund von Nord- und Ostsee tausende nach dem Krieg verklappte Fässer und Bomben mit chemischen Kampfstoffen, wie Senfgas, Zyklon B und Sarin. Diffundieren Fässer, könnten intelligent zusammenarbeitende, autonome Unterwasserroboter, ausgestattet mit feinen Sensoren, sie in kürzester Zeit ausfindig machen und melden, so eine Vision von Solowjow. Gleichfalls eigne sich diese Methode der Unterwasserrobotik zur Messung von Strömungs- und Temperaturverhältnissen in der Ozeanografie wie auch zur Erkundung der Beschaffenheit des Meeresbodens – etwa als Vorbereitung für die Gründung von Offshore-Windanlagen.

Roboter-Schwärme

„Wir konzentrieren uns auf Roboter, die diese Sensoren durch den Raum, beziehungsweise durch das Wasser tragen“, sagt Solowjow: „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.“ Die Hamburger Forscher gehen deshalb der Frage nach, nach welchem Prinzip die Fische Informationen im Schwarm verarbeiten und darauf reagieren oder sich synchronisieren. Derzeit entsteht am Institut ein etwa 30 Zentimeter langer Prototyp, dessen Teile aus dem 3D-Drucker kommen. 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 1.000 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.“