Der Mond enthält ungenutzte Ressourcen, die der Mensch schließlich abbauen und ausbeuten könnte. Agenturen wie die Europäische Weltraumorganisation (ESA) bereiten sich darauf vor, in unseren himmlischen Nachbarn einzutauchen, um diese Mineralien zu identifizieren. Um die Mondoberfläche effektiv zu erkunden, stellte sich ein Team von Schweizer Wissenschaftlern an der ETH Zürich vor, nicht nur einen Rover, sondern eine koordinierte Flotte verschiedener Fahrzeuge und Fluggeräte zu schicken, die zusammenarbeiten könnten.
Die Kraft eines Teams ist mehr als die Summe seiner Teile – ein dreibeiniger Roboter wird in einem Steinbruch in der Schweiz getestet. Bildquelle: ETH Zürich/TakahiroMiki
Die Forscher statteten drei ANYmal, einen von der ETH entwickelten Beinroboter, mit einer Reihe von Mess- und Analyseinstrumenten aus, die sie möglicherweise in Zukunft zu geeigneten Detektionsgeräten machen könnten. Sie testeten die Roboter auf verschiedenen Terrains im European Space Resources Innovation Centre (ESRIC) in der Schweiz und in Luxemburg. Vor einigen Monaten gewann ein Schweizer Team zusammen mit seinen deutschen Kollegen den europäischen Mondroboter-Wettbewerb.
Bei dem Wettbewerb geht es darum, Mineralien auf einem Testgelände zu finden und zu identifizieren, das der Mondoberfläche nachempfunden ist. In einem kürzlich in der Fachzeitschrift Science Robotics veröffentlichten Artikel beschreiben Wissenschaftler, wie sie Roboterteams einsetzten, um unbekanntes Gelände zu erkunden.
„Der Einsatz mehrerer Roboter hat zwei Vorteile“, erklärt Philip Arm, Doktorand in der Forschungsgruppe von ETH-Professor Marco Hutter. „Ein einzelner Roboter kann gleichzeitig spezialisierte Aufgaben ausführen. Darüber hinaus ist ein Team von Robotern dank Redundanz in der Lage, den Ausfall seiner Teamkollegen zu kompensieren.
Schweizer Ingenieure bauen Roboter, die für künftige Mondmissionen zur Suche nach Mineralien und Rohstoffen geeignet sind. Damit die Maschinen auch dann weiterarbeiten können, wenn eine von ihnen ausfällt, bringen Forscher ihnen bei, im Team zu arbeiten. Quelle: Universität Zürich/Central Information Technology Center - MELS
Um dieses Problem zu lösen, haben Forscher der ETH Zürich, der Universität Basel, der Universität Bern und der Universität Zürich zwei der Beinroboter mit Experten ausgestattet. Einer der Roboter war so programmiert, dass er besonders gut Gelände kartieren und die Geologie klassifizieren konnte. Mithilfe eines Laserscanners und mehrerer Kameras, die teilweise auch eine Spektralanalyse durchführen können, werden erste Hinweise auf die mineralische Zusammensetzung der Gesteine gewonnen. Ein anderer Expertenroboter lernte, Gesteine mithilfe eines Raman-Spektrometers und einer Mikroskopkamera genau zu identifizieren.
Der dritte Roboter ist ein Allzweckroboter: Er kann sowohl Gelände kartieren als auch Steine identifizieren, was bedeutet, dass er ein breiteres Aufgabenspektrum hat als ein Spezialroboter. Aufgrund seiner Ausstattung ist er jedoch bei der Ausführung dieser Aufgaben weniger präzise. „Dadurch ist es möglich, die Mission abzuschließen, wenn einer der Roboter ausfällt“, sagte Arm.
Die Jury war besonders beeindruckt von den Forschern des ESRIC- und ESA-Space-Resources-Challenge-Wettbewerbs, die Redundanz in ihre Explorationssysteme eingebaut haben, um sie gegen mögliche Ausfälle widerstandsfähig zu machen. Als Belohnung erhielten die Schweizer Wissenschaftler und ihre Kollegen vom FZI Forschungszentrum Informatik in Karlsruhe einen einjährigen Forschungsauftrag zur Weiterentwicklung der Technologie. Zusätzlich zu Beinrobotern wird diese Arbeit auch auf den Erfahrungen der FZI-Forscher mit solchen Robotern aufbauen, um Radroboter zu entwickeln.
Hendrik Kolvenbach, leitender Wissenschaftler in der Forschungsgruppe von Professor Huth, erklärt: „Fußroboter wie unser ANYmal überzeugen in felsigem und steilem Gelände, beispielsweise beim Abstieg von Vulkankratern. Roboter mit Rädern sind in dieser Situation im Nachteil, können sich aber in weniger schwierigem Gelände schneller fortbewegen. Daher ist es bei zukünftigen Missionen sinnvoll, Roboter mit unterschiedlichen Fortbewegungsarten zu kombinieren. Auch fliegende Roboter können dem Team beitreten.“
Außerdem planen die Forscher, die Autonomie des Roboters zu erhöhen. Derzeit fließen alle Daten der Roboter in ein Kontrollzentrum, wo Bediener den einzelnen Robotern Aufgaben zuweisen. In Zukunft könnten teilautonome Roboter einander bestimmte Aufgaben direkt zuweisen, wobei der Bediener steuern und eingreifen kann.