Lava-Landschaften: Roboter-Team trainiert für Monderkundung auf dem Ätna

Deutsche Forscher haben zur Vorbereitung auf Weltraum-Missionen Robotersysteme eingesetzt, um auf dem sizilianischen Vulkan Gesteinsproben zu nehmen.

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Roboter LRU1

(Bild: DLR (CC BY-NC-ND 3.0))

Von
  • Stefan Krempl

Zum Abschluss des Helmholtz-Projekts Arches (Autonomous Robotic Networks to Help Modern Societies) haben deutsche Wissenschaftler am Vulkan Ätna an der Südspitze Italiens gezeigt, dass Roboter beim Erkunden des Monds, fremder Planeten oder Asteroiden helfen können. Unterschiedliche elektronisch gesteuerte, teils fortbewegliche Geräte haben dabei weitgehend selbstständig Aufträge erledigt: sie nahmen etwa Gesteinsproben, analysierten diese und leiteten Ergebnisse an einen Kontrollraum weiter.

Geleitet hat diese "Geological Mission I" das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), das mit mehreren eigenen Forschungseinrichtungen genauso an Arches beteiligt ist wie etwa das Karlsruher Institut für Technologie (KIT), die Europäische Weltraumorganisation (ESA), das Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung sowie das Geomar-Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung. Die Forscher wählten für die Experimente den sizilianischen Vulkan, da dessen Lava-Landschaft etwa der Mondoberfläche ähnelt und sich so gut als Testumgebung eignete.

Neben der vergleichbaren losen, grobkörnigen Beschaffenheit bilden ihnen zufolge auch die erstarrten eruptierten Magma-Schichten "realistische Herausforderungen für Erkundungsmissionen". Bei solchen Einsätzen dürften Teams aus mobilen Robotern künftig eine wichtige Rolle spielen, nimmt Armin Wedler, Projektleiter im DLR-Institut für Robotik und Mechatronik, aus den Probeläufen mit. Bei der Mission I sah das ihm zufolge so aus: Zwei Roboter waren gemeinsam autonom unterwegs. Dazu kam eine Drohne.

Roboter LRU1 (Light weight rover unit 1) bewertete demnach als "Wissenschaftler" Bodenproben über seine Kameras. LRU2 übernahm die Rolle des "Assistenten", er sammelte Bodenproben ein, brachte sie zum Lander oder analysierte sie mit Laser-induzierter Plasmaspektroskopie (LIBS).

Dafür wird laut dem DLR ein "leistungsstarker gepulster Laserstrahl auf die Probe gerichtet". Das Material verdampfe teils, wobei über das entstandene Plasma mit der eigens entwickelten LIBS-Lösung unterschiedliche Elemente erkennbar würden. LRU2 transportiere zudem Materialboxen sowie Werkzeug und stelle sicher, "dass LRU1 immer WLAN hat". Die Drohne Ardea wiederum gelte im Team als "Kundschafter" und kartiere das Gelände. Wegen des zeitweise starken Winds am Ätna hätten die Fähigkeiten des unbemannten Flugobjekts und von LIBS nicht bei allen Durchläufen ausgespielt werden können.

Das Szenario bei Mission I war, dass Wissenschaftler die Aufgaben der Roboter von der Erde aus überwachen. Anders gelagert war die ebenfalls auf dem Vulkan getestete "Geological Mission II", bei der die maschinellen Erkunder von einer Station im Orbit gesteuert werden sollen. Neben LRU1 und LRU2 sammelt dabei ein "Interact Rover" Gesteinsproben und bringt sie zu einer Landefähre. Dieser Roboter hat einen Kamera- und einen Greifarm, wobei letztere auch ein haptisches Feedback geben kann. Er ermöglicht den Wissenschaftlern also eine Art Tastgefühl für die Gesteinsproben.

Das KIT hat dieses Element mit einer Hand als haptischer Mensch-Maschine-Schnittstelle entwickelt. Ein vierter Roboter – der Scout-Rover – ist mit einem WLAN-Repeater ausgestattet und platziert sich so, dass Interact kontinuierlich Verbindung zum Kontrollraum hat. Bei der Mission II arbeiten die Maschinen aber nicht eigenständig, sondern werden von einem Astronauten gelenkt.

Bei der jetzigen Demo übernahm der deutsche Ex-Astronaut Thomas Reiter diese Aufgabe in einem speziell dafür eingerichteten Kontrollraum in der sizilianischen Stadt Catania am Ätna-Fuß, der etwa 23 Kilometer entfernt lag. Die Mission II diente dabei zugleich als Abschluss der "Analog-1-Kampagne" der ESA. 2019 hatte deren Astronaut Luca Parmitano in diesem Rahmen von der Internationalen Raumstation ISS aus den Interact Rover bereits in einer simulierten Mondumgebung in den Niederlanden gesteuert.

Im dritten erprobten Szenario, dem "LoFar Experiment", ging es um die Installation und Wartung eines Niederfrequenz-Funkantennenfeldes (Low-Frequency Radio Array). Die LRU-Rover und Ardea simulierten dabei die Aufstellung des Antennensystems auf der Rückseite des Monds. Ein entsprechender Funkmast könnte von dort in die Tiefen des Weltalls gerichtet werden.

Ro­bo­ter-Team übt Mon­der­kun­dung auf dem Ät­na (6 Bilder)

Ro­bo­ter LRU1 und Lan­der Ro­din. (Bild: DLR (CC BY-NC-ND 3.0))

"Wir haben sehr viele Erfahrungen gewonnen, die uns bei der Entwicklung zukünftiger Missionen helfen werden", zog Thomas Krüger vom Human Robot Interaction Lab der ESA ein erstes Fazit. Neben den laufenden Projekten verspreche man sich viel durch die weitere Zusammenarbeit in der Robotik, die auf den Arches-Erkenntnissen aufsetzen werde. Das Helmholtz-"Zukunftsprojekt" läuft seit 2018. Neben der "Space" getauften Demo-Reihe auf dem Ätna fand Ende 2020 bereits eine Tiefsee-Übung statt. Ebenfalls auf dem Vulkan ging vor fünf Jahren zudem Robex zur "Robotischen Exploration unter Extrembedingungen" über die Bühne.

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Insbesondere die USA und China liefern sich derzeit einen Wettlauf um den Aufbau einer neuen Mondbasis mit Robotern. NASA-Chef Bill Nelson zeigte sich gerade sehr besorgt darüber, dass das Reich der Mitte auf dem Erdtrabanten "landet und sagt: Das gehört jetzt uns, und Ihr bleibt draußen". Auch Asteroiden gelten in westlichen Ländern und etwa in Russland als begehrtes Objekt im All, um möglicherweise Bodenschätze abzubauen.

(bme)