Roboter mit unterschiedlichen Fähigkeiten können bei der Erforschung des Mars erfolgreich sein – Education India | Neueste Bildungsnachrichten | Weltbildungsnachrichten

Die Erforschung des Mars kann am besten funktionieren, wenn Roboter mit unterschiedlichen Fähigkeiten zusammenarbeiten – vorzugsweise unabhängig voneinander. Voraussetzungen dafür werden im Rahmen des Projekts „VaMEx-3“ geschaffen, an dem drei Arbeitsgruppen der Universität Bremen maßgeblich beteiligt sind.
Die Marsoberfläche ist eine Herausforderung für die Wissenschaft: Die interessantesten Entdeckungen werden voraussichtlich an Orten gemacht, die aufgrund des felsigen und zerklüfteten Geländes schwer zugänglich sind. Um sie untersuchen zu können, müssen Roboter mit unterschiedlichen Fähigkeiten kooperieren: Gehen, Klettern, Fliegen – auch der Transport von Nutzlasten und Energieversorgung muss gesichert sein. Das von der Deutschen Luft- und Raumfahrtagentur beim DLR geförderte und vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderte Projekt VaMEx-3 ermöglicht die Zusammenarbeit verschiedener Robotersysteme, die eines Tages auf dem Mars landen sollen.

Die Arbeitsgruppe Computergrafik am Technologiezentrum für Informatik und Informationstechnik (TZI) der Universität Bremen unter Leitung von Professor Gabriel Zackmann, die Arbeitsgruppe Kognitive Neuroinformatik unter der Leitung von Professor Kersten Scheel und die Hochleistungsvisualisierung (HPV) arbeiten . Zentral eingebunden ist die Gruppe um Professor Andreas Gerndt. Das Projekt VaMEx-3 besteht aus vier parallelen Teilprojekten mit Partnern aus ganz Deutschland. Die Gesamtfördersumme beträgt rund fünf Millionen Euro.

Mars-Explorationssimulation in Echtzeit
In früheren Projekten haben TZI-Wissenschaftler bereits rund 40 Quadratkilometer der Marsoberfläche auf Basis von Vermessungen der NASA nachgebaut, um eine Testumgebung für die benötigten Technologien vorzubereiten. In diesem virtuellen Zwilling projizierten die Projektpartner dann digitale Versionen ihrer Robotersysteme auf die reale Marslandschaft.
„Bisher agierte jedes Mitglied des Schwarms ziemlich alleine“, sagt Projektkoordinatorin Dr. Renee Wheeler von der Arbeitsgruppe Computergrafik am TZI. „Jetzt geht es darum, sie gemeinsam zusammenzubringen.“ Unterschiedliche Systeme müssen über Schnittstellen in die Lage versetzt werden, in Echtzeit zu interagieren – und das weitgehend unabhängig voneinander.

Die Testumgebung muss höchsten Ansprüchen genügen: „Der virtuelle Zwilling muss es ermöglichen, realistische Daten darüber zu liefern, dass der Schwarm künftig genauso auf dem Mars operieren wird“, betont Professor Zackman. Die Testumgebung soll auch aufzeigen, welche Schwachstellen bestehen, etwa wenn die Erkennung bestimmter Objekte mit dem Bot nicht ausreichend funktioniert. Für die IT ist es eine Herausforderung, alle Fahrzeuge schnell genug zu simulieren, um unter anderem Kamerabilder und Lidar-Scans in Echtzeit zu reproduzieren.

Navigation ohne GPS, Galileo und befestigte Wege
Während sich die Arbeitsgruppe Computergraphik auf die Weiterentwicklung der Testdomäne konzentriert, leitet die Arbeitsgruppe Kognitive Neuroinformatik das Teilprojekt „Exploring Strong Earth“. Zentraler Punkt ist die Entwicklung eines gemeinsamen Navigationsverfahrens, denn Satellitennavigation auf dem Mars hilft nicht weiter. Das Programm dazu wird an der Universität Bremen entwickelt. Darüber hinaus muss die Haltbarkeit der Systeme erhöht werden, um herausfordernden Umweltbedingungen standzuhalten und mit unerwarteten Situationen fertig zu werden.

„Eine der Herausforderungen ist, dass die Umgebung im Voraus teilweise unbekannt ist“, erklärt Dr. Joachim Clemens, Koordinator des Teilprojekts. Daher müssen Schwarmmitglieder selbstständig Hindernisse erkennen, eine Umgebungskarte erstellen und ihre Position auf der Karte einschätzen. Einheiten kooperieren miteinander: Karten- und Standortinformationen werden ausgetauscht, sodass alle Einheiten davon profitieren können. Die Geschwaderteilnehmer nutzen diese Informationen dann, um weitere Aktionen zu planen und zu koordinieren.“

Ein weiterer Aspekt des Teilprojekts ist die Entwicklung und Integration des Mission Controllers. Dieses System soll einerseits die Visualisierung der aktuellen Missionssituation ermöglichen und andererseits den Wissenschaftlern die Kommunikation mit dem VaMEx-Schwarm ermöglichen. An das Geschwader übermittelte Informationen, beispielsweise über wissenschaftlich relevante Zielgebiete, fließen in die autonome Planung des Systems ein und werden im weiteren Missionsverlauf berücksichtigt. Das Aufgabensteuerungstool wird von der Arbeitsgruppe Hochleistungsvisualisierung der Universität Bremen entwickelt.

Auf der Suche nach Wasser und Lebenszeichen
In drei bis vier Jahren ist eine größere Demonstrationskampagne geplant, um den Roboterschwarm auf einem marsähnlichen Testgelände ausgiebig zu testen. Das langfristige Ziel der VaMEx-Mission ist die Erforschung des Valles Marineris-Talsystems auf dem Mars, um Hinweise auf Wasserressourcen und biologische Artefakte aus dem Zeitalter des bewohnbaren Klimas auf dem Mars zu finden. Die Mariner Valleys, benannt nach einer der ersten NASA-Raumsonden, bilden mit einer Spannweite von 4.000 Kilometern und stellenweise Tiefen von bis zu 10.000 Metern das größte Schluchtennetzwerk des Sonnensystems.

An VaMEx-3 sind neben der Universität Bremen folgende Partner beteiligt: ​​ANavS GmbH, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), DFKI Robotics Innovation Center, DSI Aerospace Technologie GmbH, INVENT GmbH, TU Braunschweig, TU München, Universität Erlangen -Nürnberg, Universität Bundeswehr München und Universität Würzburg.