Es ist einer der derzeit ungewöhnlichsten Wettbewerbe unter Forschern. Gesucht werden Tauchroboter, die den Meeresboden möglichst genau und effektiv vermessen können. Antreten werden 20 Teams aus unterschiedlichen Ländern. Mit dabei ist auch das Team ARGGONAUTS des Fraunhofer-Instituts für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB in Karlsruhe. Projektleiter Dr. Gunnar Brink erklärt, welche Bedeutung der Wettbewerb für die Weiterentwicklung autonom agierender Roboter hat und warum das für die Erforschung des Meeresbodens so wichtig ist. 

Hallo Herr Brink, wenn man ein Interview über Tiefseeforschung führt, ist es nicht unbedingt naheliegend in Karlsruhe anzurufen.

Diese Vorbehalte sind nicht neu, aber ich kann sie mit einem Augenzwinkern entkräften. Zum einen: Denken Sie daran, dass unsere Region noch vor 30 Millionen Jahren zu großen Teilen von Wasser bedeckt war. Und wenn Sie dann zum anderen noch beachten, dass Baden-Württemberg die Heimat der Ingenieure ist, die hier unter anderem das Fahrrad und das Auto erfunden haben und Sie drittens wissen, dass wir als sehr wissbegierig, aber auch als sehr geduldig gelten, dann ist unsere Beziehung zur Meeresforschung hier in Karlsruhe nicht mehr so ungewöhnlich.  

Mit dem Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB waren Sie schon an der Entwicklung des Tauchroboters DEDAVE beteiligt.

Ja, dabei handelt es sich um ein von der Fraunhofer-Gesellschaft und dem IOSB finanziertes Projekt, das ich als Meilenstein für die Unterwassererkundung bezeichnen würde: DEDAVE ist ein von uns entwickeltes und gebautes Autonomous Underwater Vehicle. Dieses »AUV« ist in der Lage, kabellos und selbstständig durch die Tiefe zu gleiten und Beobachtungsdaten zu sammeln. DEDAVE ist zudem das erste autonome Unterwasserfahrzeug weltweit, bei dem wir von Anfang an eine Serienfertigung vorbereitet haben.

Mit dem neuen Projekt ARGGONAUTS gehen Sie noch einen Schritt weiter.

Wir verknüpfen nun einzelne Unterwasserfahrzeuge zu einem autonom agierenden Schwarm. Forschungen, aber auch industrielle Anwendungen wie beispielsweise der Scan des Meeresbodens nach Rohstoffen für den Bergbau oder die Suche nach Ölquellen werden damit deutlich effektiver. Dazu sorgen wir dafür, dass diese Drohnen deutlich kompakter werden: Das Gewicht wollen wir von 750 auf unter 300 Kilogramm verringern und die Länge von 3,60 auf 2,10 Meter reduzieren. Im Moment arbeiten wir an einem Projekt mit fünf derartigen Oberflächen- und fünf Unterwasserfahrzeugen.

Sie nutzen eine besondere Motivationsquelle, um mit den Forschungen voranzukommen.

Wir beteiligen uns als einziges deutsches Team unter ursprünglich 28 anderen Forschergruppen aus 21 Ländern an einem Wettbewerb der XPRIZE Foundation, bei dem wir die Leistungsfähigkeit unseres Konzepts praktisch unter Beweis stellen müssen. Dabei geht es neben dem Renommee und Aufmerksamkeit unter anderem um ein Preisgeld von bis zu vier Millionen Dollar. Der Wettbewerb ist also ein enormer Ansporn und durch seine zeitlichen Vorgaben auch ein Taktgeber.

Sie stehen derzeit noch in der Testphase für die »Vorrunde«.

Ja. Im Oktober müssen wir genau wie die anderen Teilnehmerteams ein Gebiet von 500 Quadratkilometern in 2.000 Metern Tiefe vor Puerto Rico zu mindestens 20 Prozent mit einer Auflösung von mindestens fünf Metern kartographieren. Dafür haben wir 16 Stunden Zeit. In der zweiten Runde ab Januar 2018 wird es dann nochmal deutlich schwieriger. Hier agieren wir in einer Tiefe von 4.000 Metern und müssen 50 Prozent des Meeresbodens innerhalb von 24 Stunden kartographiert haben. Dabei muss unser Equipment eine Anzahl weiterer Vorgaben erfüllen und beispielswiese in einen 40 Fuß-Container passen.

Durch den Schwarmansatz erhoffen Sie sich Vorteile?

Natürlich. Ein konzertiertes Kartographieren ist deutlich effektiver als die Arbeit eines einzelnen Tauchbootes. Mit den Sensoren, die wir verwenden, kann ein Fahrzeug in der vorgegebenen Zeit maximal 40 Quadratkilometer schaffen. Wenn wir aber mehrere zusammenschalten, können wir die Vorgaben sogar übertreffen. Neben der Skalierung sehen wir aber auch in der Georeferenzierung einen Vorteil: In einer Tiefe von 2.000 Meter kann kein Fahrzeug GPS oder ähnliches nutzen. Auch die Ortung über akustische Wellen ist sehr unscharf. Weil wir aber mehrere Fahrzeuge haben, deren Position zueinander wir ziemlich genau kennen, können wir verschiedene Möglichkeiten der Georeferenzierung miteinander kombinieren.

Sind alle Fahrzeuge gleich?

Wir arbeiten noch an der Umsetzung einer Idee, nach der Fahrzeuge unterschiedlich bestückt sein können. Erst wenn zum Beispiel eines der Fahrzeuge, die nur Sonar haben, etwas erkennt, könnte es das Fahrzeug »rufen«, dass vier Kameras an Bord hat. Denn diese Kameras sind sehr energieintensiv. Wir wollen sie deshalb nur bei begründetem Verdacht einsetzen und nicht einfach »drauf los« filmen. 

Das heißt aber auch, dass der Begriff Schwarmintelligenz unter Umständen etwas irreführend ist. Denn jedes einzelne Fahrzeug muss unabhängig intelligent agieren und sich mit den anderen letztlich nur »absprechen«.

Die Intelligenz ergibt sich in der Tat nicht erst durch die Interaktion. Insofern ist der Begriff »Rudel« oder »Gruppe mit verschiedenen Rollen« unter Umständen passender.

Was sind die Hauptprobleme, die Sie überwinden müssen?

Natürlich gibt es noch Probleme in Bereichen wie der Roboter-U-Boot-Technik an sich, bei der Übertragung und Abstimmung sowie bei der Steuerung, die von Land aus erfolgen muss. Aber es gibt auch Hürden, die sich aufgrund der engen Zeitvorgaben der Wettbewerbssituation ergeben haben: Es ist zum Beispiel in der Forschung nicht gängig, exakt auf Zeit zu arbeiten. Institute wie Fraunhofer sind ehrlicherweise nicht darauf vorbereitet, Budget und Bestellungen unter Zeitdruck festzuklopfen. Und Firmen haben enorme Probleme, technische Geräte entsprechend schnell zu entwickeln und zu liefern.

Sie sprechen deshalb auch von einem »fake it til you make it« – allerdings mit ernsthaften wissenschaftlichem Hintergrund.

Wir haben beispielsweise mit einem selbst gebauten Dummy getestet, um das Schlepp- und Ziehverhalten zu erproben noch bevor das Fahrzeug selbst fertig war. Den zweiten Schritt zu machen, weil der erste noch nicht abgeschlossen ist, war auch für uns ziemlich ungewohnt.

Neben Projekt und Herangehensweise setzen sie forscheruntypisch auch auf umfangreihe Presse- und Öffentlichkeitsarbeit.

Die Ausgangslage der Tiefseeforschung ist geradezu absurd bedauernswert. In den USA beispielsweise gibt es die National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) als Pendant zur NASA. Nur, dass die NOAA vom Jahresbudget der NASA 1.600 Jahre lang arbeiten könnte. Und in Europa gibt es noch nicht einmal eine vergleichbare Institution. Dabei kennen wir die Oberfläche des Mars oder des Mondes besser als die Tiefsee, die 62 Prozent der Erde bedeckt! Als Ergebnis des Wettbewerbs werden wir also nicht nur neue technische Methoden, sondern auch eine uns unbekannte Welt besser kennenlernen.

Dieses Erzählpotenzial wollen sie nutzen …

... wir nutzen es bereits. Wir haben eine professionelle Marketingkampagne eingerichtet, nutzen Multichannel-Marketingsmaßnahmen, ein digitales Ökosystem, multimediale Elemente, PR, Medienpartnerschaften und Veranstaltungen. Das ZDF plant mittlerweile sogar eine Terra X – Sendung, die sich damit befassen wird.

Das erhöht den Erfolgsdruck zusätzlich.

»Fail is not an option.« Drücken Sie uns die Daumen.

 (aku)

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Dr. Gunnar Brink
  • Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB
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