Inhaltsverzeichnis
1. Unbemannte Luftfahrtsysteme oder Unterwasserfahrzeuge
2. Über- und Unterwasserrobotik auf hoher See
3. Beschichtungen in realer Umgebung testen
Es ist davon auszugehen, dass in Zukunft die Anwendungsbereiche von Drohnen ausgeweitet und mehr Aufgaben von ihnen übernommen werden können. Ähnlich dem Industrieroboter, der während der dritten industriellen Revolution die Produktion innerhalb der Fabrikhallen einschneidend verändert hat, besitzt mobile Robotik das Potenzial, den Einsatz industrieller Mess- und Reparaturverfahren im Feld zu revolutionieren. Mithilfe entsprechenden Systemen können Kameras, Messgeräte oder sonstige Technik mobil, schnell und aufwandsgerecht auch an für den Menschen schwer erreichbaren Orten eingesetzt werden – etwa in der Luft oder unter Wasser. Hier unterscheidet man kabelgeführte Unterwasserfahrzeuge (ROV: Remotely Operated Vehicle) von Unterwasserfahrzeugen, die autonom Aufgaben durchführen (AUV: Autonomous Underwater Vehicle).
Unbemannte Luftfahrtsysteme oder Unterwasserfahrzeuge
Auch für die Qualitätssicherung in der Kleb- und Oberflächentechnik können unbemannte Luftfahrtsysteme oder Unterwasserfahrzeuge bereits jetzt in vielen Bereichen eingesetzt werden. Da diese Systeme schwer zugängliche Bereiche mit relativ geringem Aufwand erreichen können – etwa Strommasten, Brücken, Pipelines oder Windenergieanlagen – sind sie ein ideales Werkzeug, um Messgeräte, oder in Zukunft auch andere End-Effektoren, an den Ort des Geschehens zu bringen. Solange die mobilen Roboter manuell gesteuert werden und wie bereits heute zu optischen Inspektionszwecken eingesetzt werden, sind sie im Wesentlichen das Werkzeug bzw. der verlängerte Arm des Prüfenden. Ziel ist es jedoch, die Fluggeräte oder auch Unterwasserfahrzeuge zu autonomen Elementen der Qualitätssicherung weiterzuentwickeln.
Neben technischen Voraussetzungen der unbemannten Systeme stellt auch die Entwicklung von Schnittstellen zur vollautomatisierten Datenerfassung eine wichtige Herausforderung dar: Innerhalb dieser Datenpools bzw. der Cloud kann die Schadenshistorie genutzt werden, um die Daten beispielsweise durch Ansätze des Machine Learning mit Expertenwissen zu verknüpfen und damit wiederum eine selbstständige Schadensanalyse zu realisieren. Aber auch für technische Verfahren zur Messung oder Reparatur existiert bei Drohnen noch Entwicklungsbedarf. Den meisten heutigen Anwendungen gemein ist, dass diese nicht-berührend stattfinden. Ein Andocken der Drohne am Prüfkörper, wie etwa dem Rotorblatt einer Windenergieanlage, und die Durchführung einer Messung oder gar Reparatur, ist heute nur in seltenen Einzelfällen möglich.
Über- und Unterwasserrobotik auf hoher See
Die Digitalisierung in den maritimen Bereichen gilt gleichfalls als Herausforderung. Um diesem Anspruch gerecht werden zu können, sind Versuche und Langzeittests unter anwendungsnahen Bedingungen unverzichtbar. Daher hat das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) zusammen mit dem Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) auf Helgoland das Testzentrum Maritime Technologien eingerichtet, das am 21. August 2019 eröffnet wurde. In ihren Forschungsschwerpunkten ergänzen sich das Fraunhofer IFAM und das DFKI, sodass in der Zielsetzung an der Entwicklung und Erprobung von komplexen Robotersystemen gearbeitet werden kann, die sowohl unter und auf dem Wasser als auch in der Luft autonom und intelligent agieren. Sie sollen in der Lage sein Inspektions-, Wartungs- und Reparaturarbeiten auf hoher See durchzuführen, um den Menschen bei diesen gefährlichen Arbeiten zu entlasten. Zur Erfüllung dieses breiten Aufgabenspektrums müssen die Luft- und Wasserfahrzeuge mit effizienten elektrischen Antrieben, einer umfangreichen Sensorik, Sensordatenerfassung- und Auswertung sowie entsprechenden Algorithmen zur autonomen Durchführung komplexer Missionen ausgestattet sein. Der Nachweis der Zuverlässigkeit dieser Hard- und Software unter realen Umgebungsbedingungen steht im Vordergrund der gemeinsamen Entwicklungsarbeiten.
Neben der Logistik an Land gehört zu dem Testzentrum für maritime Technologien ein Testfeld unmittelbar vor der Insel, das mit einer Fläche von einigen Quadratkilometern und einer Wassertiefe von bis zu 45 m Raum für verschiedene Erprobungsszenarien bietet. Eine Kennzeichnung des Areals für die Schifffahrt mit entsprechenden Tonnen ist im Frühjahr 2020 geplant. Der Standort Helgoland rüber hinaus geeignet, da er bereits über eine etablierte Infrastruktur verfügt: Offshore-Windenergie, ein Schutzhafen, Schiffe und Helikopter arbeiten alltäglich. Die Anbindung erlaubt An- und Abreise über tägliche Schiffs- und Flugverbindungen, Datentechnisch sind 100-Mbit-Anbindung und LTE vorhanden, ebenso Lager- und Stellflächen sowie Werkstätten und Handwerksbetriebe. Die Testfelder liegen in unmittelbarer Inselnähe bei gleichzeitig harschen Umweltbedingungen, vergleichbar dem Atlantik. Dadurch ergeben sich kurze Reaktionszeiten bei geeigneten Wetterfenstern: Testkampagnen sind durch einen Stand-By-Modus zeitlich flexibel durchführbar. Als Partner ist zudem das Alfred-Wegener-Institut (AWI) mit an Bord, wodurch auch der professionelle, wissenschaftliche Tauchbetrieb samt entsprechendem Ausbildungszentrum genutzt werden kann. Des weiteren die Jacobs University Bremen beteiligt.
Beschichtungen in realer Umgebung testen
Ziel ist es, eine Testumgebung für Über- und Unterwasserrobotik in der Nordsee unter realen Offshore-Bedingungen für Forschungsprojekte, Ausbildung und Training bereitzustellen. Das Zentrum soll nicht nur für Industriekunden und Forschungsinstitute offen sein, sondern darüber hinaus am Standort eine Austauschkultur schaffen und so ein Entwicklungszentrum für die Anwendung mobiler Robotik im Offshore-Bereich werden. Letztlich geht es auch hier wieder darum, vorhandenes Know-how durch neue Technologien zu ergänzen und damit entsprechendes Neuland zu betreten. Für das Fraunhofer IFAM ist das interessant, da man unter anderem an Entwicklung und Prüfung von schwerem Korrosionsschutz oder Anti-Fouling arbeitet, also Beschichtungen, die unter Wasser an Kaimauern oder den Beinen von Offshore-Windkraftanlagen zum Einsatz kommen. Um diese unter realen Bedingungen untersuchen zu können, wird einerseits eine entsprechende Umgebung benötigt und andererseits ein technisches System, das dort autonom arbeiten kann. Im Testfeld können beide Aspekte angesprochen werden.
Die Entwicklung der Drohnentechnologie ist dabei längst nicht abgeschlossen und in Zukunft sind Ansätze weit über das beschriebene hinaus möglich. Auch Schwarmintelligenz und Bionik können dabei eine Rolle spielen, wenn beispielsweise viele kleine Drohnen große Aufgaben übernehmen. Erste Forschungsansätze gibt es dazu bereits, etwa das Projekt Brains on Board, bei dem Robotik-Ingenieure, Neurowissenschaftler und Biologen die Biene zum Vorbild nehmen, um Drohnen in Zukunft noch energieeffizienter und autonomer zu machen.
Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
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Vertretungsberechtigte Geschäftsführer: Prof. Dr. Jana Koehler (Vorsitzende), Dr. Walter Olthoff
Details zu möglichen Materialtests auf den Offshore-Prüfeinrichtungen:
hier.pro/IoV8a
