Roboterteam auf Mond-Erkundungstour

Auf dem Mond locken Rohstoffe, welche die Menschheit eines Tages abbauen und nutzen k?nnte. Bereits planen verschiedene Raumfahrtbeh?rden wie die Europ?ische Weltraumorganisation ESA Missionen, um den Erdtrabanten besser zu erforschen und Mineralien aufzusp¨¹ren. Dazu braucht es entsprechende Erkundungsvehikel. Schweizer Forschende unter Leitung der ETH Z¨¹rich verfolgen nun die Idee, nicht einen einzigen Rover auf Erkundungstour zu schicken, sondern ein ganzes Team von Vehikeln und Flugger?ten, die sich gegenseitig erg?nzen.

Als m?gliche k¨¹nftige Erkundungsger?te r¨¹steten die Forschenden drei Laufroboter vom Typ Anymal, der an der ETH entwickelt worden ist, mit unterschiedlichen Mess- und Analyseger?ten aus. Diese Laufroboter testeten sie auf verschiedenen Gel?nden in der Schweiz und am Europ?ischen Innovationszentrum f¨¹r Weltraumressourcen (ESRIC) in Luxemburg. Dort hat das Schweizer Team vor wenigen Monaten gemeinsam mit Kollegen aus Deutschland einen europ?ischen Wettbewerb f¨¹r Mond-Rover gewonnen. Im Wettbewerb ging es darum, auf einem der Mondoberfl?che nachempfundenen Testgel?nde Mineralien zu finden und zu bestimmen. In der j¨¹ngsten Ausgabe der Fachzeitschrift externe Seite Science Robotics beschreiben die Wissenschaftler:innen, wie sie ein unbekanntes Gel?nde mit mehreren Robotern erkunden.

Versicherung gegen einen Ausfall

?Mehrere Roboter zu nutzen, hat zwei Vorteile?, erkl?rt Philip Arm, Doktorand in der Gruppe von ETH-Professor Marco Hutter. ?Die einzelnen Roboter k?nnen spezialisierte Aufgaben ¨¹bernehmen und diese zeitgleich ausf¨¹hren. Zudem ist ein Roboter-Team dank seiner Redundanz dazu imstande, den Ausfall eines Teamgef?hrten zu kompensieren.? Redundanz heisst in diesem Fall, dass wichtige Messger?te auf mehreren Robotern installiert sind. Redundanz und Spezialisierung sind also entgegengesetzte Ziele. ?Um die Vorteile von beidem nutzen zu k?nnen, gilt es, die richtige Balance zu finden?, sagt Arm.

Die Forschenden der ETH Z¨¹rich sowie der Universit?ten Basel, Bern und Z¨¹rich l?sten dies so, indem sie zwei Laufroboter als Spezialisten ausr¨¹steten: Einer war besonders gut darin, das Gel?nde zu kartieren und die Geologie einzuordnen. Er nutzte dazu einen Laserscanner sowie mehrere Kameras, darunter auch solche, die Spektralanalysen durchf¨¹hren k?nnen, um erste Hinweise zur mineralischen Zusammensetzung des Gesteins zu erhalten. Der andere Roboter war auf die pr?zise Bestimmung von Gesteinen spezialisiert. Dazu diente ihm ein Raman-Spektrometer und eine Mikroskopie-Kamera.

Der dritte Roboter war ein Generalist: Er konnte sowohl das Gel?nde kartieren und Gesteine bestimmen, hatte also ein breiteres Aufgabenspektrum als die Spezialisten, konnte diese Aufgaben mit seinen Ger?ten aber weniger pr?zise ausf¨¹hren. ?Auf diese Weise w?re es m?glich, die Mission erfolgreich zu Ende zu f¨¹hren, falls einer der Roboter ausfiele, egal welcher?, sagt Arm.

Kombination macht es aus

Bei der Space Resources Challenge von ESRIC und ESA war die Jury besonders davon angetan, dass es den Forschenden dank der Redundanz gelungen ist, ein gegen¨¹ber Ausf?llen robustes Erkundungssystem zu entwickeln. Als Preis gewannen die Schweizer Wissenschaftler:innen gemeinsam mit Kolleg:innen des Forschungszentrum Informatik in Karlsruhe einen Forschungsvertrag ¨¹ber ein Jahr, um die Technologie weiterzuentwickeln. Dabei werden nicht nur Laufroboter zum Einsatz kommen, sondern auch Roboter mit R?dern. Die Kolleg:innen des Forschungszentrums Informatik arbeiten mit solchen.

?Laufroboter wie unser Anymal haben Vorteile in Blockfeldern und in steilem Gel?nde, um zum Beispiel in einen Krater hinabzusteigen?, erkl?rt Hendrik Kolvenbach, Wissenschaftler in der Gruppe von ETH-Professor Hutter. Roboter mit R?dern sind da im Nachteil. Hingegen k?nnen sich letztere auf einfacherem Terrain schneller fortbewegen. Bei einer k¨¹nftigen Mission w?re es deshalb sinnvoll, Roboter zu kombinieren, die sich hinsichtlich ihrer Fortbewegungsart unterscheiden. Auch Flugroboter k?nnten dazukommen.

Ausserdem planen die Forschenden, die Autonomie der Roboter zu erh?hen. Bis jetzt flossen alle Daten der Roboter in ein Kontrollzentrum, wo ein Operator den einzelnen Robotern Aufgaben zuteilt. In Zukunft k?nnten sich teilautonome Roboter bestimmte Aufgaben gegenseitig direkt zuteilen, mit Kontroll- und Eingriffsm?glichkeiten f¨¹r den Operator.