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Teamwork bietet auch bei Robotermissionen viele Vorteile
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich
astronews.com
13. Juli 2023
In der Schweiz arbeitet man weiter daran, Laufroboter fit
für künftige Mondmissionen zur Suche nach Mineralien und Rohstoffen zu machen.
Damit die Maschinen auch weiterarbeiten können, wenn eine von ihnen ausfällt,
bringen die Forschenden ihnen Teamwork bei. Getestet wurde dies jetzt in einer
Kiesgruppe, die die Roboter gemeinsam erkunden sollten.
Ein Team erreicht mehr als die Summe seiner
Teile – die drei Laufroboter bei einem Test in
einer Schweizer Kiesgrube.
Foto: ETH Zürich / Takahiro Miki [Großansicht] |
Auf dem Mond locken Rohstoffe, welche die Menschheit eines Tages abbauen und
nutzen könnte. Verschiedene Raumfahrtbehörden, darunter auch die Europäische
Weltraumorganisation ESA, planen bereits Missionen, um den Erdtrabanten besser
zu erforschen und Mineralien aufzuspüren. Dazu braucht es entsprechende
Erkundungsvehikel. Schweizer Forschende unter Leitung der ETH Zürich verfolgen
nun die Idee, nicht einen einzigen Rover auf Erkundungstour zu schicken, sondern
ein ganzes Team von Vehikeln und Fluggeräten, die sich gegenseitig ergänzen.
Als mögliche künftige Erkundungsgeräte rüsteten die Forschenden drei
Laufroboter vom Typ Anymal, der an der ETH entwickelt worden ist, mit
unterschiedlichen Mess- und Analysegeräten aus. Diese Laufroboter testeten sie
auf verschiedenen Geländen in der Schweiz und am Europäischen Innovationszentrum
für Weltraumressourcen (ESRIC) in Luxemburg. Dort hat das Schweizer Team vor
wenigen Monaten gemeinsam mit Kollegen aus Deutschland einen europäischen
Wettbewerb für Mond-Rover gewonnen (astronews.com berichtete). Im Wettbewerb
ging es darum, auf einem der Mondoberfläche nachempfundenen Testgelände
Mineralien zu finden und zu bestimmen. In einer jetzt vorgestellten Studie
beschreiben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, wie sie ein
unbekanntes Gelände mit mehreren Robotern erkunden.
"Mehrere Roboter zu nutzen, hat zwei Vorteile", erklärt Philip Arm, Doktorand
in der Gruppe von ETH-Professor Marco Hutter. "Die einzelnen Roboter können
spezialisierte Aufgaben übernehmen und diese zeitgleich ausführen. Zudem ist ein
Roboter-Team dank seiner Redundanz dazu imstande, den Ausfall eines
Teamgefährten zu kompensieren." Redundanz heißt in diesem Fall, dass wichtige
Messgerät auf mehreren Robotern installiert sind. Redundanz und Spezialisierung
sind also entgegengesetzte Ziele. "Um die Vorteile von beidem nutzen zu können,
gilt es, die richtige Balance zu finden", sagt Arm.
Die Forschenden der ETH Zürich sowie der Universitäten Basel, Bern und Zürich
lösten dies so, indem sie zwei Laufroboter als Spezialisten ausrüsteten: Einer
war besonders gut darin, das Gelände zu kartieren und die Geologie einzuordnen.
Er nutzte dazu einen Laserscanner sowie mehrere Kameras, darunter auch solche,
die Spektralanalysen durchführen können, um erste Hinweise zur mineralischen
Zusammensetzung des Gesteins zu erhalten. Der andere Roboter war auf die präzise
Bestimmung von Gesteinen spezialisiert. Dazu diente ihm ein Raman-Spektrometer
und eine Mikroskopie-Kamera. Der dritte Roboter war ein Generalist: Er konnte
sowohl das Gelände kartieren und Gesteine bestimmen, hatte also ein breiteres
Aufgabenspektrum als die Spezialisten, konnte diese Aufgaben mit seinen Geräten
aber weniger präzise ausführen. "Auf diese Weise wäre es möglich, die Mission
erfolgreich zu Ende zu führen, falls einer der Roboter ausfiele, egal welcher",
sagt Arm.
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 gegenüber Ausfällen robustes Erkundungssystem zu entwickeln. Als Preis
gewannen das Schweizer Team zusammen mit Kolleginnen und Kollegen des
Forschungszentrum Informatik in Karlsruhe einen Forschungsvertrag über ein Jahr,
um die Technologie weiterzuentwickeln. Dabei werden nicht nur Laufroboter zum
Einsatz kommen, sondern auch Roboter mit Rädern. Das Team vom Forschungszentrums
Informatik arbeitet mit solchen.
"Laufroboter wie unser Anymal haben Vorteile in Blockfeldern und in steilem
Gelände, um zum Beispiel in einen Krater hinabzusteigen", erklärt Hendrik
Kolvenbach, Wissenschaftler in der Gruppe von ETH-Professor Hutter. Roboter mit
Rädern sind da im Nachteil. Hingegen können sich letztere auf einfacherem
Terrain schneller fortbewegen. Bei einer künftigen Mission wäre es deshalb
sinnvoll, Roboter zu kombinieren, die sich hinsichtlich ihrer Fortbewegungsart
unterscheiden. Auch Flugroboter könnten dazukommen. Außerdem planen die
Forschenden, die Autonomie der Roboter zu erhöhen. Bis jetzt flossen alle Daten
der Roboter in ein Kontrollzentrum, wo ein Operator den einzelnen Robotern
Aufgaben zuteilt. In Zukunft könnten sich teilautonome Roboter bestimmte
Aufgaben gegenseitig direkt zuteilen, mit Kontroll- und Eingriffsmöglichkeiten
für den Operator.
Die Ergebnisse der Studie sind jetzt in der Fachzeitschrift Science
Robotics erschienen.
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