Vom Meeresboden bis zur Pipeline: Unterwasserfahrzeug geht unbekannten Gewässern auf den Grund

Unterwasserfahrzeug Dagon bei einer Testfahrt im Uni-See. Der Roboter kann sich selbst lokalisieren und visuelle Karten der Umgebung erstellen. Quelle: Foto: DFKI GmbH (idw)

Ein intelligenter mobiler Tauchroboter inspiziert unter Wasser liegende Pipelines von Industrieanlagen eigenständig und erkundet unbekannte Gewässer. Neuartige Algorithmen ermöglichen ihm, Gebiete gezielt abzufahren und Bilder an Land zu übermitteln. So werden z.B. Rohrdefekte aufgespürt oder Hafenbecken kontrolliert. Das schützt den Menschen vor Einsätzen in gefährlichen Gebieten und verhindert Umweltschäden. Die schlaue Technologie entwickelten Forscher des DFKI Robotics Innovation Center in Bremen.

Test in der Ostsee: Projektleiter Marc Hildebrandt sorgt für den sicheren Start ins Meer. Quelle: Foto: DFKI GmbH (idw)

Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) mit rund 1,2 Mio. Euro über drei Jahre geförderte Projekt CUSLAM wurde jetzt erfolgreich abgeschlossen. Erste Industrieaufträge hat das Team um Prof. Dr. Frank Kirchner mit dem neuen System bereits ausgeführt: DFKI-Roboter Dagon inspizierte die Innenwände der Kühlleitungen eines Kohlekraftwerks in Norddeutschland. Weitere Einsatzfelder können künftig Anlagen in der Tiefsee sein.

Das gut ein Meter lange und 75 Kilo schwere AUV (Autonomous Underwater Vehicle) nutzt zwei Methoden, um sich präzise selbst zu lokalisieren und visuelle Landkarten zu erstellen. Eingebaute Sensoren senden Schallsignale aus, über die der Roboter seine Position ähnlich der GPS-Methode bestimmen kann. Ein weiterer Sensor misst die Geschwindigkeit, mit der sich das AUV fortbewegt. Die Analyse dieser beiden Sensoren sorgt für stabile Positionsdaten.

Dreidimensionale Karte der Unterwasserwelt

Mit zwei Kameras im Kopf nimmt Dagon während der Fahrt Bilder der Unterwasserlandschaft auf. Die Software verrechnet sowohl das rechte als auch das linke Kamerabild. „Was das Gehirn für uns erledigt, erledigt dieser Algorithmus für den Roboter: Er schafft aus zwei Bildern ein dreidimensionales Bild“, erklärt Projektleiter Marc Hildebrandt. Pro Sekunde werden fünf Bildpaare geschossen. Jede Aufnahme liefert zwei Mio. Pixel an Information. Selbst kleine Unterschiede in der Bodenstruktur werden erkannt und abgespeichert. So braucht das System keine markanten Punkte wie groß Steine, um sich zu orientieren. Anhand seines Abstands und Blickwinkels auf einen bestimmten Punkt errechnet das System seine Position. So ergibt sich eine Landkarte des Einsatzortes, an der sich der Roboter orientieren kann.

Von der Methode der 3D-Kartierung profitiert auch die Natur: Wird das System in Regionen eingesetzt, in denen schallempfindliche Meeressäuger leben, kann diese künftig die Ortung per Schall ersetzen.

Tests erst im Labor, dann in Seen und Häfen

Die Entwicklung von Unterwasser-Robotern ist eine besondere Herausforderung. Denn hier gibt es Einflussfaktoren, die es an Land nicht gibt: Das Farbspektrum verändert sich stetig, ebenso die Trübe des Wassers. Die technische Ausrüstung muss immensem Wasserdruck standhalten. Das DFKI verfügt über ein Unterwasser-Labor mit einem rund 44.000 Liter fassenden Tank, der über Glasfassaden einsehbar ist. Hier testen Forscher künftige Tiefsee-Technologien wie das Vorhaben CUSLAM. Aus den Kinderschuhen herausgewachsen, sind es nun zusammengerechnet 40 Tage, an denen Roboter Dagon und die Algorithmen auch unter realen Bedingungen außerhalb des Labors getestet wurden. „Angefangen haben wir im Schwimmbad der Uni Bremen, dann folgten Tauchgänge im Uni-See, im Kieler Hafen und im künstlichen Riff Nienhagen. Pünktlich zum Projektende setzten wir Dagon dann im Kohlekraftwerk ein“, sagt Hildebrandt. Weitere Firmen haben bereits Interesse bekundet.

Quelle: Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH, DFKI (idw)