Gruppenbild mit Vulkan: Das Landemodul Rodin und der Erkundungsroboter LRU1 vor dem Ätna (Bild: DLR)
Roboter können in Gegenden vordringen, die für Menschen gefährlich oder unerreichbar sind - wie fremde Himmelskörper. Das wurde jetzt am Vulkan Ätna (Italien) im Rahmen des Projekts ARCHES (Autonomous Robotic Networks to Help Modern Societies) gezeigt. Unterschiedliche Roboter haben dort selbstständig Aufträge erledigt: Gesteinsproben genommen, analysiert und die Ergebnisse an einen Kontrollraum weitergeleitet. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) leitet das Projekt. Die Lava-Landschaft am sizilianischen Vulkan Ätna ähnelt der Mondoberfläche und eignet sich deswegen gut als Testumgebung. Neben der losen, grobkörnigen Beschaffenheit sind auch die erstarrten Lava-Schichten realistische Herausforderungen für Erkundungsmissionen.
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Roboter sorgt für WLAN auf dem Mond
„Teams aus mobilen Robotern haben bei künftigen Weltraum-Missionen eine wichtige Rolle. In heterogenen Teams ergänzen und unterstützen sich die Roboter mit ihren unterschiedlichen Fähigkeiten. Sie dienen als verlängerter Arm und verlängertes Auge des Menschen“, erklärt Dr. Armin Wedler, Projektleiter im DLR-Institut für Robotik und Mechatronik. Erprobt wurden drei Szenarien, iIn der „Geological Mission I“ sah das so aus: Zwei Roboter waren gemeinsam autonom unterwegs. Dazu kommt noch eine Drohne.
Roboter LRU1 (Light weight rover unit 1) bewertet Bodenproben über seine Kameras, er gilt im Team als der „Wissenschaftler“. LRU2 übernimmt die Rolle des „Assistenten“, er sammelt Bodenproben ein, bringt sie zum Lander oder analysiert sie mit LIBS (Laser-induzierte Plasmaspektroskopie). Für LIBS wird ein leistungsstarker gepulster Laserstrahl auf die Probe gerichtet. Das Material verdampft teilweise und über das entstandene Plasma erkennt LIBS unterschiedliche Elemente. LRU2 transportiert außerdem Materialboxen, hat Platz für Werkzeug und stellt sicher, dass LRU1 immer WLAN hat. Die Drohne ARDEA gilt im Team als „Kundschafter“ und kartiert das Gelände. Wegen des zeitweise starken Windes am Ätna konnten die Fähigkeiten von ARDEA und LIBS nicht bei allen Durchläufen eingesetzt werden.
Roboterhand liefert haptisches Feedback
Die „Geological Mission I“ geht davon aus, dass die Forschenden die Aufgaben der Roboter von der Erde aus überwachen - sprich, mit einer relativ deutlichen Zeitverzögerung.
Anders ist es bei der „Geological Mission II“, die ebenfalls am Ätna gezeigt wurde. Hier werden die Roboter von einer Station im Orbit gesteuert. Neben LRU1 und LRU2 sammelt der Interact Rover Gesteinsproben und bringt sie zu einem Lander. Der Interact Rover hat einen Kameraarm und einen Greifarm, der auch ein haptisches Feedback gibt. Das heißt, er ermöglicht den weit entfernten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern ein Tastgefühl für die Gesteinsproben.
Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hat einen Roboterarm mit einer Hand als haptische Mensch-Maschine-Schnittstelle entwickelt. Der vierte Roboter – der Scout-Rover – ist mit einem WLAN-Repeater ausgestattet und platziert sich so, dass Interact kontinuierlich Verbindung zum Kontrollraum hat. Bei der „Geological Mission II“ arbeiten die Roboter nicht autonom, sondern werden von einer Astronautin oder einem Astronauten gelenkt.
Das steckt hinter dem Projekt ARCHES
Autonomes robotische Netzwerke zur Unterstützung moderner Gesellschaften – hierfür die technischen Grundlagen zu schaffen, ist Ziel des Helmholtz-Projektes ARCHES (Autonomous Robotic Networks to Help Modern Societies), an dem sich das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) beteiligt. Im Fokus steht die Umweltüberwachung der Ozeane, die Erforschung des Sonnensystems und die technische Krisenintervention an Orten, an denen es für menschliche Einsatzkräfte zu gefährlich wäre. Dies kann zum Beispiel bei dem Rückbau von Atomkraftwerken der Fall sein oder bei der Prüfung beschädigter Gebäude nach einem Katastrophenfall.
Weitere mögliche Anwendungsbereiche finden sich überall dort, wo ein direktes Eingreifen als verlängerter Arm des Menschen sinnvoll ist: Für den autonomen Straßen- und Bahnverkehr der Zukunft bieten sich kooperierende mobile robotische Systeme an. Darüber hinaus können vernetzte robotische Helfer bei der medizinischen bzw. therapeutischen Versorgung älterer beziehungsweise in der Mobilität eingeschränkter Menschen wertvolle Dienste leisten.
Steuerung von der ISS schon getestet
Bei der Demomission übernahm der deutsche Astronaut Thomas Reiter diese Aufgabe in einem eigens eingerichteten Kontrollraum in Catania, der etwa 23 Kilometer entfernt war. 2019 hatte ESA-Astronaut Luca Parmitano den Interact Rover schon einem von der Raumstation ISS in einer simulierten Mondumgebung in den Niederlanden gesteuert.
Antenne für die Rückseite des Mondes
Im dritten Szenario „LoFar Experiment“ ging es um die Installation und Wartung eines Niederfrequenz-Funkantennenfeldes (LoFar, Low-Frequency Radio Array). Die LRU-Rover und die Drohne ARDEA haben so die Aufstellung des Antennensystems auf der Rückseite des Mondes simuliert. Eine entsprechende Antenne könnte von der Mondrückseite in die Tiefen des Weltalls gerichtet werden.
Die Aufzeichnung eines Livestreams von den Experimenten am Ätna hat das DLR via Youtube bereit gestellt: