Gibt es Wasser auf dem Mond? Die Antwort auf diese Frage könnte eines Tages ein Team geben, das aus einem Mondrover und einem Kletterroboter besteht. Über ein elektromechanisches Interface sind die beiden Partner miteinander verbunden – es regelt den Energie- und Datenaustausch zwischen den Systemen.
Die Autorin Daniela Menzel ist Mitarbeiterin am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz in Bremen
Wissenschaftler des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Bremen haben ein intelligentes Roboterteam entwickelt, das am Südpol des Mondes in tiefen Kratern nach gefrorenem Wasser suchen soll: Der vierrädrige Mondrover Sherpa trägt den sechsbeinigen Kletterroboter CREX über kilometerlange Strecken zum Kraterrand. Dort angekommen, dockt sich der ameisenähnliche Crater Explorer ab und untersucht das Innere der Felsspalten.
Das in seiner Mobilität einzigartige System wurde bereits in der 288 m² großen Weltraum-Explorationshalle des DFKI Robotics Innovation Center getestet. Die Forschergruppe um Prof. Dr. Frank Kirchner konstruierte und programmierte das Roboterteam über dreieinhalb Jahre im Projekt Rimres (Rekonfigurierbares Integriertes Mehr-Roboter Explorations-System). Den Auftrag für das 3,7 Mio. Euro schwere Vorhaben gab die Raumfahrt-Agentur des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), finanziert mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi).
Das Projektziel bestand darin, in einer Übungsmission auf der künstlichen Kraterlandschaft zu zeigen, dass heterogene Roboter gemeinsam komplexe Aufgaben autonom oder teilautonom bewältigen können. „Mit der Einführung von sich selbstständig rekonfigurierenden Systemen beschreitet die Raumfahrtrobotik neue Wege. Diese führen zu größeren Missionszielen, langfristigen Operationen und kostengünstigeren Einsätzen“, erklärt Kirchner, wissenschaftlicher Verantwortlicher des Projekts. „Die in dieser Forschung entstehenden Basistechnologien dienen auch irdischen Einsätzen.“ Nach diesem Vorbild könnten beispielsweise Tiefsee-Explorationssysteme entwickelt werden.
Robuster Rover transportiert wendigen Scout
Das Rimres-System zeichnet sich durch eine intelligente elektromechanische Schnittstelle zwischen Rover und Kletterroboter aus. Über diese teilen die Roboter Energie und Informationen. Das ermöglicht eine reibungslose Teamarbeit.
„Sherpa und CREX können wie ein einziges System agieren, arbeiten aber im getrennten Zustand völlig unabhängig voneinander“, erläutert Projektleiter Florian Cordes. So kann der rund 160 kg schwere Sherpa seinen 27 kg leichten Begleiter am Kraterrand absetzen und ihm den Befehl geben, den Abhang herabzusteigen und mit Gesteinsproben aus dem Krater zurückzukehren.
Der robuste Rover ist ein Multitalent: Dank eines Navigationsmoduls findet er sich im Gelände zurecht, kann weite Strecken energieeffizient fahren und einzelne Räder heben, um Hindernisse zu überwinden. Mit seinem zwei Meter langen Greifarm stützt er sich ab, falls er in sandigem Boden stecken bleibt, oder lädt Nutzlasten wie Akkus und wissenschaftliche Messgeräte ab. Durch integrierte Kameras lässt sich die Mission von der Erde aus beobachten. Das Team kann durch weitere Roboter ergänzt werden.
Neue Perspektiven für die bemannte Raumfahrt
Die Existenz gefrorenen Wassers auf dem Mond eröffnet der bemannten Raumfahrt neue Perspektiven. Wasser lässt sich in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegen – daraus können Atemgas für Astronauten und Treibstoff für Raketen gewonnen werden. Hinweise auf Wasser in Kratern am Südpol des Erdtrabanten wurden im Jahr 2009 anhand von Spektrometer-Daten festgestellt. Nun gilt es herauszufinden, in welcher Tiefe, Konzentration und Verteilung das Wassereis in den Kratern schlummert. Die letzte bemannte Mondmission liegt übrigens schon eine Weile zurück: Im vergangenen Dezember jährte sie sich zum 40. Mal.
Projektpartner war das Zentrum für angewandte Raumfahrttechnik und Mikrogravitation (ZARM). Beteiligt waren außerdem die Astrium GmbH, das Bremer Raumfahrtunternehmen OHB-System AG und das DLR-Institut für Raumfahrtsysteme. Rimres wurde gefördert von der Raumfahrt-Agentur des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages.
DFKI, Dipl.-Ing. Florian Cordes, Tel.: 0421 17845-4117, E-Mail: florian.cordes@dfki.de
Künstliche Intelligenz auf sechs Beinen
Technische Details
Der Crater Explorer CREX ist ein sechsbeiniges Laufsystem, welches auf den Erfahrungen des Projekts SpaceClimber basiert. Es dient als Scout-System für die Exploration von tiefen lunaren Polkratern, in denen unter anderem Wassereis vermutet wird.
- Größe: 820 mm x 1000 mm x 220 mm
- Gewicht: 27 kg
- Antrieb: 24 Gelenke in sechs Beinen + ein Körpergelenk (RoboDrive + HarmonicDrive), zwei Dynamixel Servos für Kopfansteuerung
- Sensoren: in den Gelenken Strom- und Spannungsmessung, Rotationsgeschwindigkeit, Position (absolut und inkrementell), Temperatur; je Fuß 4 x Verformungsdruck, 3-Achs-Beschleunigungssensor, optischer Wegmesser in Federzylinder, Anschluss für 4 DMS, beispielsweise für Krallendurchbiegung; am Kopf Laserscanner, Videokamera; am Körper IMU, je Bein ein 6-Achs-Kraftmomentsensor, Gesamtstrom, Batteriespannung
- Besonderheiten: Elektromechanisches Interface zur Kopplung an den Sherpa zur Regelung von Energie- und Datenaustausch zwischen den Systemen
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