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Raumfahrt

Weltraum-Roboter im Wettstreit

Roboter müssen auf fremden Planeten ganz alleine klarkommen. Dazu brauchen sie jedoch viel künstliche Intelligenz. Eine Herausforderung für Entwickler, die beim DLR SpaceBot Cup zeigten, was möglich ist.

Video ansehen 04:27

Roboter "Bär" und sein Team beim Weltraum-Parcours

Eine typische Planetenoberfläche: Sandberge, Kies und riesige Steine liegen herum. Und mittendrin steht das Modell einer Landungssonde. Alles macht den Anschein, als sei die Sonde gerade gelandet und habe kurz zuvor einen Roboter abgesetzt. Die Erkundung des Planeten kann beginnen:

Der Planet ist allerdings nicht echt. Seine Oberfläche hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in einer Mehrzweckhalle südlich von Bonn aufgebaut. Zehn Teams von verschiedenen deutschen Universitäten und Entwicklerfirmen sollten beim DLR SpaceBot Cup Mitte November zeigen, was ihre Roboter so alles leisten können.

Das Szenario ist jedoch realistisch: Denn auf dem Mars waren bereits mehrere Generationen von Mars-Rovern der NASA erfolgreich im Einsatz. Erfahrungsgemäß dauert es allerdings recht lange, Signale von der Erde zu ihnen zu senden: Fünfzehn Minuten braucht das Funksignal in einer Richtung - eine halbe Stunde wartet man also mindestens auf eine Antwort. Und sollten Roboter eines Tages noch weiter reisen, könnte der Kontakt zur Erde sogar noch viel spärlicher ausfallen. Die Lösung: Weltraumroboter der Zukunft sollen möglichst alleine zurechtkommen - mithilfe von künstlicher Intelligenz.

Suche nach Wasser auf "fremdem" Planeten

Wie bei einer echten Marssonde sollen die angetretenen Roboter zunächst Wasser entdecken. Das Wasser ist aber nicht im Gestein verborgen, oder etwa in der Atmosphäre, sondern steht irgendwo auf dem nachempfundenen Planeten in einem blau angemalten Wasserglas herum. Das soll der Roboter ganz alleine finden, greifen und zu einem vorher definierten Sammelplatz bringen.

Auf dem SpaceBot Cup 2013 des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt in Rheinbreitbach kommt der sechsbeinige Roboter Lauron zum Einsatz (Foto: Fabian Schmidt/DW)

Lauron läuft wie eine Stabheuschrecke

Die Aufgabe zeigt sehr schnell: Jeder Roboter hat eigene Stärken und Schwächen. Gut im Laufen ist zum Beispiel Lauron, ein sechsbeiniges Krabbeltier vom Forschungszentrum Informatik aus Karlsruhe. Nachempfunden ist es einer indischen Stabheuschrecke. "Die Beine haben vier Freiheitsgrade, sind also sehr flexibel. Wir haben das vordere Bein mit einem Greifer ausgestattet", erklärt Teamsprecher Lars Pfotzer. Den Greifer, kann das Insekt soweit umklappen, dass er beim Laufen nicht stört, "aber wenn er zum Greifen gebraucht wird, wird er ausgefahren, nach vorne", so der Konstrukteur.

Damit Lauron nicht auf fünf Beinen laufen muss, nachdem er das Wasserglas gegriffen hat, gibt es eine Halterung unter dem Bauch. Dort verstaut der Greifer das Glas. Danach geht es wieder auf sechs Beinen weiter. Zur Orientierung nutzt das Roboter-Insekt einen Laserscanner. Der dreht sich oben auf dem Tier und entwirft ein dreidimensionales Bild der Umgebung.

Computerspiele mit Hightech-Sensoren

Aber Lauron kann auch mit normalen Augen sehen. "Wir haben auch noch eine Tiefenbildkamera - bekannt von der Spielekonsole Kinect" so Pfotzer. Sie nimmt die Umgebung als Punkteraster oder Punktewolke dar und errechnet daraus dreidimensionale Bilder. Und diese Bilder dienen dem Roboter dazu, seine Position gegenüber dem Wasserglas abzuschätzen und es überhaupt als beachtenswertes Objekt zu erkennen.

Ein Roboter der Universität Bonn greift autonom ein Wasserglas auf dem SpaceBot Cup 2013 des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt in Rheinbreitbach (Foto: Fabian Schmidt/DW)

NimbRo Centauro hat Wasser entdeckt! Gibt es Leben auf diesem Planeten?

Denn nur wenn ein Roboter das Glas als solches überhaupt selbstständig identifiziert, kann er daraus seine Schlüsse ziehen: Es greifen und wegbringen. So wie zum Beispiel NimbRo Centauro es tut. So heißt ein Roboter auf sechs Rädern, den ein Team der Universität Bonn gebaut hat. NimbRo Centauro hat das Glas bereits entdeckt. Jetzt macht sich der Roboter an die Arbeit: Zaghaft nimmt der Greifer das Glas auf, hebt es hoch und schiebt es seitwärts in eine Plastikhalterung mit Deckel.

Das sieht wenig spektakulär aus, aber bei jedem Schritt applaudiert das Publikum. Der Moderator ist begeistert: "Keinen Tropfen Wasser verschüttet! Und für die Aufnahme des Bechers gab es jetzt auch ein grünes Häckchen von der Jury!"

Angriff aus der Luft

Ein Team der Technischen Universität Chemnitz ist nicht nur mit einem Roboter am Start, sondern hat gleich drei mitgebracht. Sie sollen die Aufgaben gemeinsam erledigen. Einer ihrer Roboter kann sogar fliegen. "Der Flugroboter soll starten und aus der Luft schon mal Informationen sammeln und das Wasserglas finden", erklärt Teamsprecher Peter Protzel. Der Quadrocopter trägt das, was er mit seiner hochauflösenden Kamera erkennt in eine Karte ein, auf die alle drei Roboter Zugriff haben, beschreibt der Informatik-Professor das Vorgehen. "Die Bodenroboter können dann diese Karte verwenden."

Der Roboter space-bot 21 wurde von der Hochschule 21 in Buxtehude ins Rennen auf dem SpaceBot Cup 2013 des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt in Rheinbreitbach geschickt. Das System besteht aus einem landgestützten Roboter und einem Flugroboter. (Foto: Fabian Schmidt/DW)

Zusammen geht es besser: Ein Landroboter und eine Flugdrohne ergänzen sich

Auf jedem Planeten wäre der Flugroboter so zwar nicht einsetzbar, weil dort wahrscheinlich eine ganz andere Atmosphäre herrscht als auf der Erde. Aber der Wettbewerb des DLR hat nicht nur die Raumfahrt im Blick. "Es gibt ja solche Anwendungen auch bei Einsätzen auf der Erde, wie zum Beispiel bei Katastrophen - etwa in Fukushima", betont Protzel. "Dort würde man zum Beispiel auch Quadrocopter verwenden, die in Gebäude hineinfliegen können. Das kann man dann hier gleich mit erproben."

Nicht nur für den Weltraum nutzbar

Mit Robotereinsätzen in Katastrophengebieten hat auch Andreas Birk von der Jacobs-University Bremen schon Erfahrungen gemacht. Sein Team hat sich darauf spezialisiert, mit Robotern hochwertige Karten von unbekannten Gebieten anzufertigen. So auch nach dem Kraftwerksunglück von Fukushima. "Wir haben eine Software zur Erstellung von 2D-Karten mit Hilfe von Flugdrohnen entwickelt", sagt Birk. "Und eine amerikanische Kooperationspartnerin hat unsere Software benutzt, um kleinere Übersichtskarten zu erstellen - das war relativ kurz nach der Katastrophe."

Die Preise des SpaceBot Cup 2013 (Foto: Fabian Schmidt/DW)

Den Preis bekam niemand, aber gewonnen haben alle

Beim SpaceBot-Wettbewerb ist das Team aus Bremen allerdings erst einmal mit einem Landroboter angetreten "Da können wir zeigen, dass der Greifer des Roboters relativ vernünftig hantieren kann und in der Lage ist, gleichzeitig das Glas zu greifen und es waagerecht zu halten.

Mit dem Wasserglas kommen die meisten autonomen Roboter dann im Wettbewerb eigentlich auch ganz gut klar - wenn sie es erst einmal gefunden haben. Denn viel schwieriger fällt es manchem hingegen, überhaupt so weit zu kommen. "Die Dinge, die vermeintlich am einfachsten aussehen - einfach mal umherzufahren und die Objekte zu finden - die stellen oftmals viel größere Herausforderungen dar", fasst Birk seine langjährige Erfahrung mit Robotern zusammen.

Und so haben sich am Ende alle Roboter mehr oder weniger gut geschlagen - jedes Team mit Stärken in seinem eigenen Bereich und Schwächen woanders. Für einen eindeutigen Sieger reichte es der Jury am Ende zwar nicht, als Gewinner durften sich aber alle fühlen, die mitgemacht haben.

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