Quelle: Julius-Maximilians-Universität Würzburg 10. September 2024.

10. September 2024 – Über den Mars erstreckt sich ein gewaltiges Tal: Das Valles Marineris ist 3.000 Kilometer lang, 600 Kilometer breit und im Durchschnitt acht Kilometer tief. Sein lateinischer Name geht auf den Mars-Orbiter „Mariner“ zurück, der das Tal Anfang der 1970er-Jahre entdeckte.

Seit 2012 erhält dieser größte bekannte Canyon im Sonnensystem die besondere Aufmerksamkeit der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). In der VaMEx-Initiative sollen Schlüsseltechnologien zur robotischen Erkundung dieses schwierigen Geländes im Schwarm entwickelt werden: Der VaMEx – Valles Marineris Explorer besteht aus fahrenden, laufenden und fliegenden Drohnen, die ein komplexes Gesamtsystem bilden.

Die VaMEx-Initiative der Raumfahrtagentur verfolgt das Ziel, erstmals die Schluchten und Höhlen des Canyons zu erforschen. Dabei wird auch nach Spuren von flüssigem Wasser und somit eventuell nach Leben gesucht, das dort in geschützten Nischen existieren könnte. Dafür will das DLR einen Schwarm autonomer, untereinander vernetzter Roboter auf den Mars bringen: Sie sollen auf dem Boden, in der Luft und in Höhlen agieren und dort Bilder und andere Daten sammeln.

Höhlen als besonders interessante Zielorte
Höhlen dürfte es in dem stark zerklüfteten Tal einige geben. Selbst in der scheinbar eintönigen Landschaft des Mondes haben Forschende aus Italien und den USA vor kurzem den Eingang zu einer großen Höhle entdeckt.

Höhlen sind nicht nur interessant als Standorte für Mond- oder Marsbasen. Sie bieten Schutz vor der kosmischen Strahlung, gemäßigtere Temperaturen und damit auch ein gutes Umfeld für den Erhalt von Leben, das bereits vor Milliarden Jahren entstanden sein könnte, als auf dem Mars noch viel günstigere Bedingungen herrschten.

An der Erforschung des Valles Marineris beteiligt sich neben dem Lehrstuhl Informationstechnik für Luft- und Raumfahrt der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg nun auch ein Team der JMU-Professur für Raumfahrttechnik. Dessen Aufgabe ist es, ein Kommunikationskonzept für den Roboterschwarm zu entwickeln. In der aktuell laufenden dritten Entwicklungsphase von VaMEx fördert die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR das Teilprojekt an der JMU mit rund 1,5 Millionen Euro.

Wie der Roboterschwarm zusammengesetzt ist
„Wir haben unserem Teilprojekt den Namen „VaMEx3-MarsSymphony“ gegeben, weil es darum geht, die einzelnen Elemente des Roboterschwarms wie ein Orchester harmonisch zusammenspielen zu lassen“, sagt Projektleiter Professor Hakan Kayal. Zum Schwarm gehören in der aktuell laufenden Entwicklungsphase mobile Roboter in der Luft und zu Land, ein stationäres Gateway am Boden, das als Kommandozentrale für die Kommunikation dient, und ein Satellitensimulator für den Datenaustausch mit der Erde.

Wenn die Roboter am Boden in Höhlen vordringen, sind sie von der Marsoberfläche abgeschirmt und können nicht direkt mit dem Gateway kommunizieren. Zum Konzept gehören darum auch Repeater-Stationen, welche die aufgenommenen Bilder und Daten in einer Transportkette weiterreichen – vom Roboter in der Höhle bis zum Gateway an der Oberfläche des Planeten.

Technologie aus Würzburg: Autorotationskörper
Teil des Schwarms sind außerdem sogenannte Autorotationskörper: Sie werden aus der Luft abgeworfen und sammeln Daten, während sie sanft zu Boden gleiten. Letzteres schaffen sie dank ihres speziellen Designs: Die länglichen Körper sind wie Ahornsamen gebaut. Sie haben einen Flügel und drehen sich um ihre eigene Achse, was sie sachte abwärts trudeln lässt. Ihr Flugweg ist steuerbar, so dass man sie gezielt über eine größere Fläche verteilen und sie dann als Sensor-, Repeater- und Navigations-Netzwerke nutzen kann.

Über den Einsatz der Autorotationskörper freut sich MarsSymphony-Projektmanager Clemens Riegler ganz besonders: Er hat die Fallkörper noch als Student mitentwickelt – ab 2016 im Rexus-Bexus-Programm der DLR-Raumfahrtagentur und in der Würzburger Hochschulgruppe WüSpace e.V., die Studierenden die Mitarbeit an Projekten der Luft- und Raumfahrt ermöglicht.

In seiner Doktorarbeit entwickelt Riegler die Flugkörper weiter: „Es ist sehr schön zu sehen, dass das DLR diese Arbeit würdigt und sie jetzt Teil eines Projekts zur Erkundung des Mars geworden ist!“

Ins Gateway wird eine Himmelskamera integriert
Das robotische Mars-Orchester hat eine weitere einzigartige Besonderheit: Das stationäre Gateway wird mit einer Kamera ausgestattet, die den Himmel des Mars im Blick behält. „Alle bisherigen Mars-Missionen haben sich auf die Oberfläche des Planeten konzentriert, wir wollen erstmals auch nach oben schauen“, sagt Hakan Kayal. Und dort dürfte es einiges zu beobachten geben: Wolkenbildung, Eintritte von Meteoren oder Blitze und andere kurzzeitige Leuchtphänomene.

Meteoriten von der Größe eines Basketballs scheinen auf dem Mars fast täglich einzuschlagen: Das hat ein internationales Forschungsteam im Juni 2024 aus seismischen Daten geschlossen. „Wir könnten das mit Daten weiter untermauern, wenn wir mit unserer UAP-Kamera den Eintritt von Meteoriten filmen und diese Ereignisse mit den seismischen Signalen korrelieren“, sagt Hakan Kayal.

Die Abkürzung UAP steht für „Unidentified Anomalous Phenomena“ (unidentifizierte anomale Phänomene). Der Name der Kamera leitet sich von ihrer Fähigkeit ab, mittels Künstlicher Intelligenz gezielt unbekannte Himmelsphänomene aufzuspüren, wie sie auch auf der Erde beobachtet werden. Die Integration eines Kamerasystems zur Himmelsbeobachtung auf dem Gateway stellt einen wesentlichen Entwicklungsschritt hin zu einem Detektionssystem für Kurzzeitphänomene in der Marsatmosphäre sowie zur Erforschung von UAPs dar. Mit MarsSymphony wird die UAP-Forschung erstmalig mit Bundesmitteln gefördert. Die neuartige Himmelsbeobachtungskamera könnte in Zukunft auch auf dem Mars UAPs detektieren.

Kommunikation zwischen Gateway und Relay-Satellit als Herausforderung
Die Kommunikation zwischen den beschriebenen Elementen und dem Raumsegment ist bei der Übertragung der gewonnenen wissenschaftlichen Daten eine zentrale Herausforderung. Das gilt aufgrund knapper Ressourcen insbesondere für die Kommunikation zwischen dem Gateway auf der Marsoberfläche und den Relay-Satelliten im Orbit.

Aktuelle Lander nutzen hierbei bisher das S- oder X-Band. Zur Erhöhung der Datenrate des Übertragungskanals ist jedoch der Wechsel von dem X-Band in das Ka-Band ein entscheidender Schritt. Der Berliner Projektpartner IQ Technologies for Earth and Space GmbH wird darum auf Basis seines flugerprobten XLink-Systems einen Ka-Band-fähigen Transceiver für den Einsatz auf Landern und interplanetaren Kleinsatelliten entwickeln. Im Projekt sollen, neben Transceiver-Hardware für interplanetare Systeme, auch angepasste und flexible Übertragungsprotokolle entwickelt werden.

Systemtest 2025 bei Analogmission auf der Erde
Ob der Roboterschwarm wie geplant funktioniert, soll im Laufe des Jahres 2025 bei einer sogenannten Analogmission getestet werden: Dabei werden die Beteiligten die Mars-Mission auf der Erde simulieren, voraussichtlich in einem Steinbruch in Deutschland. Bei dieser Simulation spielt die Würzburger UAP-Kamera ebenfalls eine wichtige Rolle: Ihre Videoaufnahmen vom Himmel liefern ausreichend große Datenvolumina, um die Belastbarkeit des Kommunikationssystems zu testen.

Läuft die Analogmission gut, was wäre dann der nächste Schritt? „In einem möglichen Nachfolgeprojekt müsste die Hardware für einen Einsatz auf dem Mars angepasst werden“, erklärt Hakan Kayal. Denn dort herrschen harsche Bedingungen: Die Atmosphäre ist dünn, die Durchschnittstemperatur liegt bei minus 63 Grad Celsius und regelmäßig fegen große Staubstürme über den roten Planeten.

Förderung und weitere Fakten
Das Würzburger VaMEx-3-Teilprojekt „Demonstration einer vollständigen Funkstrecke für die Satellitenkommunikation mit non-Line-of-Sight Rovern zur Exploration des Valles Marineris“ wird unter dem Förderkennzeichen 50RK2451A von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestags mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert.

Das Projekt ist am Interdisziplinären Forschungszentrum für Extraterrestrik (IFEX) der Universität Würzburg angesiedelt. Neben Projektleiter Professor Hakan Kayal und Projektmanager Clemens Riegler wirken vier weitere Mitarbeitende und drei studentische Hilfskräfte im Teilvorhaben VaMEx3-MarsSymphony mit. Offizieller Start des auf zwei Jahre angelegten Projekts war am 1. August 2024; das Kickoff-Meeting fand am 5. September 2024 bei der DLR-Raumfahrtagentur in Bonn statt.

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• Zukünftige Mars-Erforschung

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Quelle: Frankfurt University of Applied Sciences 3. September 2024.

3. September 2024 – Im Vorfeld konnten sich 27 Teams qualifizieren, für FRoST ist es bereits der vierte Start in der Finalrunde. Das Studierenden-Team, das seit 2018 mit wechselnden Mitgliedern existiert, hat für die diesjährige ERC-Ausgabe vor allem am Gewicht und an der Energieversorgung ihres Rovers gefeilt.

Rund 900 Quadratmeter künstliche Marslandschaft und eine fiktive Mission mit Aufgaben vom Probensammeln bis zum Navigieren – der Studierenden-Rover ARES der Frankfurt University of Applied Sciences (Frankfurt UAS) ist bereit für die European Rover Challenge (ERC). Mit der selbstentwickelten Roboterplattform stellt sich das Frankfurt Robotics Science Team (FRoST) vom 6. bis 8. September 2024 in Krakau der Konkurrenz aus 12 Ländern. Es ist damit bereits die vierte ERC-Teilnahme der „FRoSTis“. Die 11 Studierenden konnten sich für den internationalen Mars-Rover-Wettbewerb der Hochschulteams aus einem Feld von 69 angemeldeten Gruppen als eines von 27 Teams im Juni qualifizieren.

FRoST existiert mit wechselnden Mitgliedern seit 2018 und wurde von Prof. Dr. Karsten Schmidt, Leiter des Master-Studiengangs Mechatronik und Robotik und Prodekan des Fachbereichs Informatik und Ingenieurwissenschaften, gegründet. Im Team arbeiten Studierende aus verschiedenen Studiengängen daran, kreative technische Lösungen im Bereich der Robotik zu entwickeln. „Die regelmäßige Qualifikation für die ERC zeigt, dass der Wissenstransfer zwischen den Generationen von FRoST-Mitgliedern reibungslos funktioniert. Das Projekt ist aber nicht nur ein hervorragendes Beispiel für die Leistungsfähigkeit unserer Studierenden im internationalen Wettbewerb. Die Mitglieder erwerben darin Kompetenzen, die den späteren Berufseinstieg ganz erheblich erleichtern“, so Schmidt, der FRoST organisatorisch betreut.

„FRoSTis“ mit Bestleistung im Jahr 2023
Die ERC ist eine jährliche internationale Raumfahrt- und Robotikveranstaltung der European Space Foundation, die den Wettbewerb der Mars-Rover für Hochschulteams mit wissenschaftlichen und technologischen Vorführungen verbindet. Sie findet dieses Jahr zum zehnten Mal statt, erstmals mit der AGH Universität Krakau als Co-Organisatorin und damit in der polnischen Metropole. Die Teams erwarten dort fünf Aufgabenbereiche: Navigation über das Marsgelände, Erkundung und Dokumentation der Marsoberfläche, Sammeln von Bodenproben, der Einsatz des Roboterarms zu Reparaturzwecken, sowie die Präsentation des Projekts vor einer Jury. Bei den Praxis-Aufgaben bewegen sich die Rover auf einer eigens angelegten künstlichen Marslandschaft. Die „FRoSTis“ reisen mit einer beachtlichen Vorjahresbilanz an. 2023 belegten sie den 5. Platz in der Gesamtwertung. Damit waren die Frankfurter Studierenden nicht nur das beste deutsche Team, sondern erzielten auch ihre beste Gesamtplatzierung.

Weniger Gewicht für den Wettbewerbserfolg
Ihren aktuellen Rover ARES – Akronym für Advanced Robotic Exploration System – hat das Team im Jahr 2020 gebaut und seitdem jedes Jahr weiterentwickelt. Der halbautonome Roboter wird über eine sogenannte Ground Station aus der Ferne gesteuert und kann verschiedene Aufgaben im Rahmen einer unbemannten Mars-Mission erfüllen. Dafür verfügt er unter anderem über eine Deep Drill Unit (DDU) mit der Bodenproben gewonnen werden können, eingebaute Kameras zur Positionsbestimmung, einen Roboterarm und ein Kettenfahrwerk. Für die neueste ERC-Ausgabe hat das Team vor allem an zwei Details gefeilt, so Teamleiter Jens Rau: „Indem wir bei der Elektronikbox Carbonteile verwenden und für die Konstruktion des Arms auf regeneratives Design setzen, konnten wir das Gewicht des Rovers von 73 auf 64 Kilogramm reduzieren. Dadurch bewegt er sich schneller und effizienter. Außerdem haben wir bei der Energieversorgung durch eigens entwickelte Li-Ionen-Akkus die Systemspannung verdoppelt.“ Neben dem Einsatz von platzsparenden, dünneren Kabeln ermöglicht diese beispielsweise, dass sich der Roboterarm schneller bewegen lässt, was zum Wettbewerbsvorteil werden kann.

Das diesjährige Ziel des Teams ist es laut Rau, „die Position als bestes deutsches Team zu halten und eine neue Bestleistung zu zeigen. Vor allem aber freuen wir uns, die befreundeten Gruppen wieder zu treffen. Es ist immer interessant zu sehen, mit welchen Lösungen die anderen an den Start gehen.“ Der Wettbewerb wird live auf der ERC-Homepage (https://roverchallenge.eu/) übertragen.

Begleitend zur Rover Challenge debattieren bei der ERC 2024 unter anderem internationale Expert*innen im Rahmen einer Konferenz über die Erforschung von Mars und Mond und die Zukunft der Raumfahrt. Besucher*innen haben die Möglichkeit, modernste Robotiklösungen in der Ausstellungszone kennenzulernen und durch Experimente Forschung zu erleben. Die Veranstaltung bietet Start-Ups zudem die Möglichkeit zur Vernetzung.

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• Raumfahrtbezogene Ausbildung / studentischer Satellitenbau

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Quelle: WFB Wirtschaftsförderung Bremen GmbH 6. Oktober 2023.

6. Oktober 2023. Mit spannenden Vorträgen in lockerer Atmosphäre vermittelt die Reihe „Science goes public“ bereits seit 18 Jahren auf unterhaltsame Weise neueste Erkenntnisse aus der Wissenschaft – der Clou: Die Treffen finden in der Kneipe statt. Von Weltraumrobotik über die Frage, warum manche Menschen als „fremd“ wahrgenommen werden, bis zum ultimativen Wetter-Pub-Quiz sind die Themen abwechslungsreich, leicht verständlich aufbereitet und zuweilen auch sehr humorvoll aufbereitet.

An sechs Abenden vom 12. Oktober bis 16. November gibt es jeden Donnerstag in Bremen und Bremerhaven insgesamt 18 Vorträge, die den Gästen in 30 Minuten die Welt der Wissenschaft näherbringen. Im Anschluss besteht noch die Möglichkeit eines Austausches zwischen dem Publikum und den Wissenschaftler:innen.

In Bremen gibt es pro Donnerstag zwei Vorträge in verschiedenen Kneipen.
Am 12. Oktober startet das Programm mit zwei englischen Programmpunkten. Amrita Suresh und Manuel Meder von der Uni Bremen berichten im „Eichkater“ am Hulsberg über robotergestützte Besiedelung des Mars und Dr. Jessica Hargreaves vom MARUM spricht in der Kneipe „Helga“ darüber, wie man an Korallenriffen die Temperaturschwankungen der letzten 400 Jahre ablesen kann.
In der darauffolgenden Woche erklärt Dr. Wilken Seemann von der Uni Bremen, warum Halbleiter nicht schwitzen können und damit das Überhitzen von Computerchips verhindern, während Dr. Margrit Kaufmann und Schirin Al-Madani von ihrem kooperativen Studienforschungsprojekt der Universität Bremen mit dem Bremer Rat für Integration erzählen, und wie und weshalb Menschen als „fremd“ wahrgenommen werden.
Am 26. Oktober geht es im Vortrag von Marion Jespersen vom Max-Planck-Institut um uralte Mikroben, die zum Überleben energieeffiziente Wege beschreiten. Zeitgleich berichten Wiebke Brinkmann und Isabelle Kein vom Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) an der Uni Bremen über künstliche Intelligenz im All.
Am folgenden Donnerstag geht es beim Vortrag von Peter Steiglechner vom Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung darum, wie sich Meinungen, beispielsweise zur Klimadebatte bilden, und Dr. Cyprien Verseux vom MAPEX Center for Materials and Processes erklärt auf Englisch, was grüne Mikroben für den roten Planeten Mars bedeuten.
An weiteren Abenden berichten Forscherinnen und Forscher aus Bremen beispielsweise darüber, was es mit dem Begriff „indiqueer“ auf sich hat, wie Anziehung im Güterverkehr funktioniert, ob Bewegung Schmerzen verstärkt oder verringert oder warum wir neue Ansätze für das Verständnis der Motivation junger Nachwuchskräfte benötigen.

Der Eintritt zu allen Veranstaltungen jeweils donnerstags um 20.30 Uhr ist frei. Nähere Informationen zum Programm gibt es unter www.sciencegoespublic.de. In den sozialen Netzwerken ist die Reihe unter #ScienceGoesPublic zu finden. Veranstalter von „Science goes public“ sind die Erlebnis Bremerhaven GmbH im Auftrag der „Pier der Wissenschaft“ und die WFB Wirtschaftsförderung Bremen GmbH für die Hansestadt Bremen.

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• Terminvorschau auf Veranstaltungen

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Quelle: DLR 26. September 2023.

26. September 2023 – Mond und Mars sind erklärte Ziele der europäischen und internationalen Raumfahrt. Doch bevor Menschen die Reise antreten, sollen Roboter das menschenfeindliche Terrain erkunden, lokale Ressourcen erschließen und die Landung von Astronautinnen und Astronauten so umfassend wie möglich vorbereiten. Explorationsmissionen mit autonomen mobilen Robotern werden in den kommenden Jahren daher deutlich zunehmen. Dazu hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) am 26. September 2023 in Oberpfaffenhofen eine besondere Forschungsanlage eröffnet: Das Mond-Mars-Testgelände des Robotik und Mechatronik Zentrums (RMC) bietet ideale Bedingungen, um Roboter für planetare Erkundungsaufgaben fit zu machen.

Bisher fanden Erprobungen nur im Labor statt oder weit entfernt in unwirtlichen Umgebungen wie dem Ätna-Vulkan. Nun können die Forschenden direkt neben dem Institutsgebäude ihre Roboter testen und jederzeit „der Realität aussetzen“. Neben der effizienteren Entwicklung ermöglicht die Anlage, die Zusammenarbeit von verschiedenartigen Robotern und komplexe Missionsszenarien zu testen. Die wissenschaftliche Anlage wird künftig auch Partnern aus Industrie und Forschung zur Verfügung stehen. Mit dem neuen Testgelände baut das DLR seine langjährige Erfahrung in der Explorationsrobotik aus, um Deutschlands führende Rolle im internationalen Wettbewerb weiterhin zu stärken.

„Ich bin überzeugt, dass das RMC Mond-Mars-Testgelände der Explorationsrobotik einen starken Schub geben wird. Besonders freue ich mich darauf, mit unseren Robotern in Zukunft Orte zu explorieren, die bisher für die Menschheit unerreichbar sind“, erklärt Prof. Alin Albu-Schäffer, Direktor des DLR-Instituts für Robotik und Mechatronik. Den Anfang macht hier der DLR-Rover IDEFIX, gebaut zusammen mit der französischen Raumfahrtagentur CNES, der nächstes Jahr zur Erkundung des Marsmondes Phobos im Rahmen der japanischen MMX Mission startet. Diese raumfahrtqualifizierte Technologie stellt die Grundlage für die Flugmodelle weiterer fahrender, gehender oder krabbelnder Roboter dar, die das RMC derzeit auf der neuen Anlage testet.

1.500 Quadratmeter mit Link ins All
Auf 1.500 Quadratmetern spiegeln sich die Vulkan- und Höhlenlandschaften von Mars und Mond wider: Ein Tunnel, ein Krater, unterschiedliche Hügel, Felsen, Gräben und Sandkuhlen bilden zu zwei Dritteln den Mond und zu einem Drittel den Mars ab. Das Gelände erfüllt damit alle relevanten geologischen Vorgaben und ist mit verschiedenen Untergründen wie etwa Basalt, Lavasteinen, feinen Kies und Suevit aus dem Nördlinger Ries ausgestattet. Darüber hinaus ist die neue Anlage mit dem bereits bestehenden „Testfeld für planetare Rover“ verbunden. Das zum RMC gehörende DLR-Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik hatte 2021 eine Testumgebung errichtet, um den DLR-Rover Scout für besonders unwegsames Gelände zu trainieren. Die einander gegenüberliegenden Anlagen sind nun durch einen Pfad verbunden und werden von den RMC-Schwesterinstituten gemeinsam genutzt.

Dies eröffnet vielfältige Testmöglichkeiten für die rad- und beinbasierte Fortbewegung von Robotern, autonome Navigation, multimodale Objekterkennung oder der mobilen Manipulation (bei der ein Roboter sich zu einem Ziel bewegt und dort mit seiner Hand etwas ausführt). In Kollaborations-Experimenten könnten die Forschenden testen, wie Roboter mit unterschiedlichen Fähigkeiten gemeinsam eine Karte erstellen oder andere komplexe Aufgaben selbständig lösen. Ein optisches Trackingsystem erlaubt Referenzmessungen, die gemeinsame Standards auch für externe Nutzenden schaffen.

Das Außenlabor ist außerdem mit der IT-Infrastruktur des RMC verbunden. So besteht ein Link zum Deutschen Raumfahrtkontrollzentrum und zur Internationalen Raumstation ISS. Künftig sind Telerobotik-Experimente denkbar, in denen ein Besatzungsmitglied von der ISS aus die Roboter auf dem Testfeld kommandiert. Für besondere Nähe zum Mond sorgt die Zusammenarbeit mit der Mondsimulationsanlage LUNA in Köln, einem Gemeinschaftsprojekt des DLR mit der Europäischen Weltraumorganisation ESA. Das Institut für Robotik und Mechatronik entwickelt derzeit zwei baugleiche Rover für Tests in Oberpfaffenhofen und in Köln.

Mit Technologien für die Raumfahrt und die Exploration von Mars und Mond hat das DLR stets auch die Erde im Blick. So nutzt das RMC beispielsweise im Projekt AHEAD Weltraumrobotik, um ferngesteuerte Offroad-Fahrzeuge für humanitäre Hilfstransporte zu entwickeln. Auf dem RMC Mond-Mars-Testgelände werden die Forschenden die Technolgieentwicklungen in der Robotik weiter vorantreiben. Das DLR erweitert dabei sein technologisches sowie operationelles Know-How für zukünftige Missionen und Anwendungen.

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• DLR

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Quelle: Frankfurt University of Applied Sciences 12. September 2023.

12. September 2023 – Sie wollen es wieder wissen: Zum dritten Mal nimmt das Frankfurt Robotics Science Team (FRoST) der Frankfurt University of Applied Sciences (Frankfurt UAS) an der European Rover Challenge (ERC) teil.
Mit ihrem selbstentwickelten Mars-Roboter ARES – Akronym für Advanced Robotic Exploration System – stellen sich die „FRoSTis“ vom 15. bis 17. September 2023 im polnischen Kielce der internationalen Konkurrenz aus zwölf Ländern.

Als jährliche internationale Raumfahrt- und Robotikveranstaltung verbindet die ERC den Wettbewerb der Mars-Rover für Hochschulteams mit wissenschaftlichen und technologischen Vorführungen. 2022 holte das Team der Frankfurt UAS den Sieg in der Kategorie „Best Team in Maintenance ON-SITE“; der Award wurde für den industriellen Qualitätsentwurf des Roboterarms, von Software und Hardware vergeben. Zugleich errangen die Studierenden den 7. Platz in der Gesamtwertung.

In diesem Jahr haben sich die Frankfurter auf Platz 4 als zweitbestes deutsches Team für das Finale qualifiziert. Das gibt zusätzlich Rückenwind auf dem größten künstlichen Mars-Yard der Welt. Insgesamt konnten sich nur 25 Mannschaften qualifizieren, 54 hatten sich beworben.

Prof. Dr. Karsten Schmidt, Leiter des Master-Studiengangs Mechatronik und Robotik und Prodekan des Fachbereichs Informatik und Ingenieurwissenschaften, hat FroST 2018 gegründet. Im Team arbeiten Studierende aus verschiedenen Studiengängen gemeinsam daran, kreative technische Lösungen im Bereich der Robotik zu entwickeln. Sie setzen dabei nicht nur ihr theoretisches Wissen etwa aus Elektronik, Programmierung oder Mechanik in der Praxis ein, sondern bauen auch ihre Team- und Kommunikationsfähigkeiten aus. „Unser Mars-Rover-Projekt bietet die ideale Ergänzung zu den Inhalten des Studiums. Es ist immer wieder beeindruckend zu sehen, mit welchem großen Engagement und mit wie viel technischem Sachverstand im Team ausgezeichnete Lösungen entworfen und umgesetzt werden“, so Schmidt.

Mit dem Mars-Rover HORIZON XIX nahm die Frankfurt UAS erstmals 2019 an der ERC teil. Mit der Entwicklung von ARES startete das Team im Oktober 2020. ARES ist ein halbautonomer Roboter, der über eine sogenannte Ground Station aus der Ferne gesteuert wird und verschiedene Aufgaben im Rahmen einer unbemannten Mars-Mission erfüllen kann. So verfügt er zum Beispiel über eine Deep Drill Unit (DDU), mit der Bodenproben von bis zu 30 cm Tiefe genommen werden können. Seine Energie erhält ARES aus Lithium-Polymer-Akkumulatoren, welche durch ein Solarpanel geladen werden können. Er ist mit einem Raupenfahrwerk ausgestattet, das für ideale Geländegängigkeit sorgt. Über eingebaute Kameras kann der Roboter seine Position bestimmen.

Getreu dem Motto „nach dem Wettbewerb ist vor dem Wettbewerb“ wurde der Rover seit dem vergangenen Jahr weiter optimiert. „Man kann sagen, dass es jetzt die dritte Revision von ARES ist“, erläutert Teamleiter Lukas Sohlbach.
Von den insgesamt 15 FRoST-Mitgliedern fahren zehn zum Wettbewerb nach Polen, fünf von ihnen waren auch schon 2022 im Finale dabei. Die Crew geht also mit mehr Erfahrung in die neue Mission – was ein Vorteil sein kann. „Es ist auf jeden Fall gut, die Abläufe zu kennen und grob zu wissen, was einen auf dem Mars-Yard erwartet“, so Sohlbach. Der Wettbewerb umfasst wie schon 2022 fünf Aufgabenbereiche: Navigation über das Marsgelände, Erkundung und Dokumentation der Marsoberfläche, Sammeln von Bodenproben, der Einsatz des Roverarms sowie die Präsentation des Projekts vor einer Jury.
Sohlbach sieht die Finalisten gut vorbereitet: „Das Team hat wieder Unglaubliches geleistet, um ARES für den diesjährigen Wettbewerb vorzubereiten sowie die Weichen für zukünftige Entwicklungen zu stellen.“

Das Programm des ERC 2023 umfasst zusätzlich zum Wettbewerb interdisziplinäre Debatten mit Expertinnen und Experten der NASA und der European Space Agency (ESA) über die Erforschung des Weltraums und bietet die Möglichkeit, modernste Robotiklösungen kennenzulernen sowie einen Rover zu fahren und mit ihm eine Aufgabe in der Größenordnung einer echten Marsmission zu erfüllen.

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• Raumfahrt-Robotik in Deutschland

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Quelle: DLR 25. Juli 2023.

25. Juli 2023 – Das Weltall, den Mond oder den Mars erkunden – dazu entwickelt das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Schlüsseltechnologien wie die Telepräsenz-Robotik. So könnten Roboter auf einem fernen Planeten Aufgaben erledigen, die ein Mensch vom Raumschiff im Orbit aus kommandiert. Wie das künftig funktionieren kann, hat nun das Missionsteam „Surface Avatar“ am DLR in Oberpfaffenhofen gezeigt: Von der Internationalen Raumstation ISS aus steuerte eine einzelne Person, NASA-Astronaut Frank Rubio, gleichzeitig mehrere Roboter auf der Erde und ließ sie nach Bedarf teil- oder vollautonom agieren. Diese Kollaboration von Mensch und Roboterteam ist weltweit einmalig und der erfolgreiche Auftakt einer neuen ISS-Experimentreihe.

Das Projekt Surface Avatar wird vom DLR-Institut für Robotik und Mechatronik geleitet und erfolgt in Zusammenarbeit mit der Europäischen Weltraumorganisation ESA.

„Für uns ist es sehr wichtig, den Aspekt der Mensch-Roboter-Kollaboration in den Vordergrund zu stellen, um Astronautinnen und Astronauten die optimale Unterstützung bereitzustellen. Dazu haben wir vor Jahren bereits die Technologie der kollaborativen Roboter entwickelt, die mittlerweile auch terrestrisch breit eingesetzt wird.

Mit den neuesten Durchbrüchen in der KI werden Roboter so vielseitig und intelligent, dass sie leicht auch von Nicht-Robotikern genutzt werden können“, erklärt Prof. Alin Albu-Schäffer, Direktor des DLR-Instituts für Robotik und Mechatronik.

Das Robotikteam verfolgt mit den Experimenten zwei Ziele: Zum einen soll demonstriert werden, wie unterschiedliche Roboter zusammen komplexe Aufgaben für Weltraummissionen erledigen können. Zum anderen untersucht das Team die Variationen, wie sich die Roboter telekommandieren lassen, um diese als intelligente Co-Worker jederzeit genau so einzusetzen, wie es die Situation erfordert.

Arbeiten von manuell bis voll automatisiert
Für das aktuelle Experiment wurde im Deutschen Raumfahrtkontrollzentrum am DLR-Standort in Oberpfaffenhofen eine Marslandschaft aufgebaut. In dem Szenario sollten drei Roboter als „Vorhut“ des Menschen erste Arbeiten auf der Planetenoberfläche ausführen.

Astronaut Frank Rubio kommandierte die Roboter vom Columbus-Modul der ISS aus und konnte in der zweistündigen Versuchszeit alle Aufgaben umsetzen: Mithilfe des humanoiden DLR-Roboters Rollin’ Justin entlud er den Lander und installierte einen seismischen Sensor. Den Interact Rover der ESA nutzte der Astronaut zur Überwachung des Geländes und den DLR-Lander LAMA zur Unterstützung der wissenschaftlichen Aktivitäten.

Als völlig neue Technologie testete Rubio eine Steuerung mit skalierbarer Autonomie. Er konnte also bestimmen, in welchem Umfang ein Roboter eine Aktion selbstständig ausführen soll. Per Knopfdruck konnte er einen Roboter eine Aufgabe vollständig autonom ausführen lassen. Der Astronaut konnte aber auch als Avatar den Roboter übernehmen und einzelne Arbeitsschritte wie mit eigener Hand ausführen. Dazu stand ihm das Robot Command Terminal (RCT) zur Verfügung, das drei Bedienelemente vereint: Über einen Bildschirm konnte er jederzeit sehen, was der einzelne Roboter sieht, mithilfe eines Joysticks die Bewegungen steuern und dank eines Interaktionsgeräts mit Kraftrückkoppelung fühlen, was der Roboter „fühlt“.

Als Frank Rubio als Rollin‘ Justin zum Beispiel ein Seismometer auf der simulierten Planetenoberfläche platzierte, spürte der Astronaut den Widerstand des Instruments in der Hand.

Zusammenarbeit am Boden und im All
Das RCT ist intuitiv bedienbar, sodass sich der Astronaut schnell an die Tele-Steuerung gewöhnte. Die meisten Aufgaben konnte er dadurch ohne Hilfestellung umsetzen. Das Robotikteam überwachte das Experiment vom Marslabor in Oberpfaffenhofen aus und stand in Funkkontakt mit dem US-Amerikaner auf der ISS.

„Wir freuen uns, einen Schritt weiter zu sein, um Raumfahrenden und Expertinnen und Experten auf der Erde eine breite Palette von Möglichkeiten anzubieten und ganze Teams aus verschiedenen Robotern vom Weltraum aus zu steuern und zu verwalten. Wir werden künftig in der Lage sein, unsere Roboter auf der Oberfläche als ihre physischen Avatare und als intelligente Mitarbeitende zu nutzen, die immer komplexere Aufgaben ausführen“, sagt Principal Investigator Dr. Neal Y. Lii vom DLR-Institut für Robotik und Mechatronik.

„Diese Mensch-Roboter-Kollaboration ebnet den Weg für zukünftige Missionen und permanente Außenposten auf dem Mond und darüber hinaus“, ergänzt ESA-Projektleiter Dr. Thomas Krüger vom ESA Human-Robot Interaction Laboratory.

Damit sich das Projektteam auf das fachliche Geschehen konzentrieren konnte, wurden sie von den Kolleginnen und Kollegen des Columbus-Kontrollzentrums unterstützt. So sorgte das Betriebsteam für die technischen Voraussetzungen und behielt im Blick, dass Surface Avatar und die anderen Aktivitäten an Bord der ISS aufeinander abgestimmt waren.

Zukunft Mond und Mars
Nach der erfolgreichen Technologiedemonstration folgt nun die detaillierte Auswertung sowie die Vorbereitung der nächsten Simulationen. Surface Avatar sieht mindestens drei Experimente im Abstand von rund sechs Monaten vor, die immer umfangreicher und komplexer werden. Die Forschenden von DLR und ESA werden die Fähigkeiten und Telekommandierung der Roboter dazu gezielt weiterentwickeln. Hinzukommen wird auch DLR-Roboter Bert, der mit seinem hundeähnlichen Körper auf vier Beinen auch unwegsames Gelände erkunden kann. „Es geht darum, den Einsatz von intelligenten Robotern zusammen mit Astronautinnen und Astronauten zu demonstrieren und zu üben und die Schnittstellen weiterhin zu verbessern, um die Technologie in den nächsten Missionen zum Mond und später zum Mars einzusetzen“, fasst Prof. Albu-Schäffer zusammen.

Roboter können überall dort eingesetzt werden, wo es für den Menschen zu gefährlich ist. Erkundungsmissionen im Weltraum sind ohne robotische Unterstützung daher undenkbar. Für künftige Missionen wird die Interaktion von Mensch und Roboter eine noch wichtigere Rolle spielen. Aus den Surface-Avatar-Experimenten gewinnen die Forschenden dazu grundlegende Daten, zum Beispiel wie sich die Latenzzeiten auf die Steuerung auswirken, wie die Schwerelosigkeit die Wahrnehmung des Astronauten beeinflusst und welche Herausforderungen sich im Betrieb stellen. Für das kommende Lunar Gateway und andere Missionen zum Mond oder Mars wird Surface Avatar die Telerobotik somit entscheidend weiterbringen.

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• **ISS** Forschung & Forschungseinrichtungen

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Quelle: FZI, 20. April 2023.

Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) und das Europäische Innovationszentrum für Weltraumressourcen (ESRIC) haben die Gewinner ihres jüngsten internationalen Robotikwettbewerbs, der ESA-ESRIC Space Resources Challenge, bekannt gegeben. Ziel des Wettbewerbs war es, innovative Ansätze und Lösungen für die Suche und Gewinnung von Ressourcen auf dem Mond zu finden. Gewinner des Wettbewerbs ist das vom FZI angeführte Konsortium ARISE – ein Zusammenschluss von Robotik-, Geologie- und Weltraum-Expert*innen des FZI Forschungszentrum Informatik aus Karlsruhe, der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich, Universität Zürich, Universität Basel sowie der Universität Bern. Als Sieger erhält das Konsortium 500.000 € für die weitere Forschung und die Aussicht, Teil einer echten ESA-ESRIC-Mond-Mission zu werden. Die Siegerbekanntgabe fand am 19.04.2023 in Luxemburg im Rahmen der Space Resources Week statt. „Wir sind unglaublich stolz auf unsere talentierten Wissenschaftler*innen. All die Zeit und Mühe, die sie in diese Herausforderung gesteckt haben, wird nun mit diesem tollen Preis belohnt“, zeigt sich FZI-Vorstand Jan Wiesenberger erfreut.

Innovative Lösungen für die Erforschung des Weltraums
Die ESA-ESRIC Space Resources Challenge ist ein Wettbewerb, bei dem innovative Lösungen für die Erkundung von Ressourcen auf der Mondoberfläche gesucht werden. Der mehrstufige Wettbewerb beinhaltete verschiedene, zum Teil unbekannte Herausforderungen, die mittels mobiler Roboter aus der Ferne, wie später auch auf dem Mond, gelöst werden müssen.

Besonders herausfordernd war die zeitverzögerte und teilweise instabile Kommunikationsverbindung zwischen Mission Control und den Robotern: eine simulierte Einschränkung, wie sie auch bei der Überbrückung der knapp 384.000 Kilometer zwischen Erde und Mond bestehen würde. Ansonsten gab es keinen Sichtkontakt oder Zugriff auf die Robotersysteme.

Die Teams hatten die Aufgabe, eine zuvor unbekannte Mondlandschaft autonom zu explorieren, zu kartographieren und in ihr mit mobilen Robotern zu navigieren. Die Roboter sollten dabei potentielle Ressourcen lokalisieren und genauer untersuchen.

Ursprünglich nahmen 12 Teams an dem Wettbewerb teil
Zu Beginn traten zwölf Teams bei der ersten Phase des Wettbewerbs im Rahmen eines Feldtests in einer mondähnlichen Umgebung in den Niederlanden gegeneinander an. Anhand der dort gezeigten Fähigkeiten wurden fünf Teams ausgewählt, um im Finale erneut anzutreten: das FZI Forschungszentrum Informatik, die ETH Zürich mit der Universität Zürich, Lukasiewicz – PIAP, Mission Control Space Services und die Space Application Services, ein Forschungsverbund der Université Du Luxembourg, Dynamic Imaging Analytics, dem La Palma Research Centre, der Université de Lorraine sowie der Open University.

Im Finale stellte sich das FZI den Herausforderungen mit einem Team aus drei mobilen Robotern: den beiden Laufrobotern Spot und ANYmal sowie dem vierrädrigen Roboter Husky mit instrumentiertem Roboterarm. Das Alleinstellungsmerkmal war die vom FZI entwickelte Software, die es dem Dreiergespann ermöglichte, die Aufgaben größtenteils autonom und kooperativ im Team durchzuführen. Die drei Roboter haben sich dabei selbst die Aufgaben je nach Fähigkeiten geschickt aufgeteilt. Die zwei Laufroboter haben schnell das gesamte Gelände exploriert und interessante Ziele für die detaillierte Ressourcen-Analyse für Husky erstellt. Husky konnte dann mittels mitgeführter Geräte Röntgenfluoreszenzanalysen sowie detaillierte Nahaufnahmen durchführen. „Mein persönliches Highlight war, dass ich mir während unseres Wettbewerbsdurchlaufs viel Zeit für Fragen der Jury nehmen konnte, weil unsere Roboter wie geplant keine Eingaben von uns brauchten, sondern autonom agieren konnten.“ so Tristan Schnell, Projektleiter des FZI Teams.

In einem letzten Schritt in Richtung Weltraum mussten die Teilnehmer*innen nach dem Feldtest ein Proposal zur weiteren Steigerung der Weltraumtauglichkeit bei der ESA einreichen. Auf Basis des Feldtests und des Proposals wurde das vom FZI angeführte Konsortium als Sieger gekürt. „Ich freue mich, dass wir zusammen mit den Robotik-Kolleg*innen von der ETH Zürich sowie den weiteren schweizerischen Partnern ein spannendes Konzept entwickeln konnten, bei dem ein Team aus autonomen Laufrobotern die zentrale Rolle spielt. Noch mehr freue ich mich, dass wir jetzt die Chance bekommen, gemeinsam daran zu arbeiten, diese Technologien ein Stück näher zum Mond zu bringen!“ so der Abteilungsleiter Dr.-Ing. Arne Rönnau.

Videomaterial zum Wettbewerbsbeitrag des FZI

Über das FZI
Das FZI Forschungszentrum Informatik mit Hauptsitz in Karlsruhe und Außenstelle in Berlin ist eine gemeinnützige Einrichtung für Informatik-Anwendungsforschung und Technologietransfer. Es bringt die neuesten wissenschaftlichen Erkenntnisse der Informationstechnologie in Unternehmen und öffentliche Einrichtungen und qualifiziert für eine akademische und wirtschaftliche Karriere oder den Sprung in die Selbstständigkeit. Betreut von Professoren verschiedener Fakultäten entwickeln die Forschungsgruppen am FZI interdisziplinär für ihre Auftraggeber Konzepte, Software-, Hardware- und Systemlösungen und setzen die gefundenen Lösungen prototypisch um. Mit dem FZI House of Living Labs steht eine einzigartige Forschungsumgebung für die Anwendungsforschung bereit. Das FZI ist Innovationspartner des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT).

Weitere Downloads & Links:
Zum Statement der ESA zum Sieg
Zur ESA-ESRIC Space Resources Challenge Website

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• Neue Mond-Rover Konzepte

Der Beitrag Auf dem Weg zum Mond – Karlsruher FZI-Robotikteam gewinnt internationalen ESA-Wettbewerb erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: DFKI 8. März 2023.

Bremen, 8. März 2023 – Bei abschließenden Feldtests auf Lanzarote gelang es den Projektpartnern, die Machbarkeit ihres wegweisenden Explorationskonzepts unter Beweis zu stellen. Erfolgreich demonstrierten sie, wie ein Team aus drei autonomen Rovern den Eingang einer Lavahöhle erkundet und durch Abseilen eines Roboters in das Innere vordringt.

Eine feste Station auf dem Mond, die als Ausgangspunkt für die weitere Erkundung unseres Sonnensystems dienen kann, ist ein entscheidendes Ziel der internationalen Raumfahrt. Optimale Bedingungen dafür könnten vor allem schwer erreichbare Umgebungen wie Krater oder Lavahöhlen bieten, die nicht nur Schutz vor Strahlung, Meteoriten und Temperaturschwanken gewähren. Auch wichtige Ressourcen wie gefrorenes Wasser werden im lunaren Untergrund vermutet. Bevor sich jedoch Menschen in die Tiefen des Erdtrabanten wagen, sollen diese vielversprechenden Orte durch autonome Roboter untersucht werden. Doch wie gelangen die Roboter in die Höhlen hinein?

Während die heutige Rahmfahrt noch auf ferngesteuerte Einzelgänger setzt, gehört die Zukunft der autonomen kollaborativen Robotik. In dem vom DFKI Robotics Innovation Center koordinierten Projekt CoRob-X (Cooperative Robots for Extreme Environments) untersuchten neun europäische Partner seit März 2021 ein ambitioniertes Explorationskonzept, das auf der Zusammenarbeit heterogener Robotersysteme basiert. Das Projekt war eines der Abschlussvorhaben des Strategic Research Clusters (SRC) „Space Robotics Technologies“, das mehrere Forschungsprojekte umfasst, die im Rahmen des Horizon 2020-Programms der Europäischen Kommission finanziert und von der PERASPERA Programme Support Activity betreut wurden. Innerhalb der Projekte, den sogenannten Operational Grants, wurden grundlegende, für die robotische Exploration benötige Technologien entwickelt, die in zukünftigen Raumfahrtmissionen zum Einsatz kommen sollen – dazu gehören u.a. ein adaptives Autonomiesystem für einzelne und kollaborative Roboter, ein allgemeines Software-Framework zur Sensordatenfusion sowie Umweltsensoren für die Lokalisierung und 3D-Kartenerstellung. Eine elektromechanische Schnittstelle ermöglicht zudem die Kupplung von Robotern mit anderen Systemen oder Werkzeugen bei gleichzeitiger Übertragung von elektrischer Energie, Daten und Wärme.

Im Mittelpunkt von CoRob-X stand der Test und die Validierung der im SRC entwickelten Technologien, um den Robotern die Teamarbeit im Lavahöhlenszenario zu ermöglichen. Das Szenario sieht vor, dass drei autonome Rover – zum Einsatz kamen die DFKI-Roboter „SherpaTT“ und „Coyote III“ sowie der Rover „LUVMI-X“ des belgischen Unternehmens Space Applications Services NV/SA – gemeinsam den Eingang einer Lavahöhle, das sogenannte Skylight, untersuchen. Mithilfe eines Sensorwürfels, den LUVMI-X in das Skylight schießt, erhält das Team erste Informationen aus dem Inneren der Höhle. Auf Basis dieser Daten ermitteln die Systeme eine geeignete Stelle, an welcher der robuste SherpaTT den kompakten Coyote III mithilfe eines Seilzugs hinablassen kann. Am Boden angekommen, entkoppelt sich der wendige Rover vom Seil- und Dockingmechanismus und erkundet die Höhle.

Um die Machbarkeit dieser komplexen Mission zu beweisen, reisten rund 25 Projektmitarbeitende vom 21. Januar bis 11. Februar 2023 nach Lanzarote. Nach knapp zwei Jahren intensiver Forschungs- und Entwicklungsarbeit sowie mehrwöchigen Integrationsarbeiten im vergangenen September am DFKI in Bremen galt es nun, die Funktionsfähigkeit der Technologien in umfassenden Feldtests zu erproben. Dafür bot die vulkanisch geprägte Kanareninsel mit ihren ausgedehnten Lavatunneln ideale Bedingungen. Auf einem zuvor ausgewählten Testareal errichteten die Projektpartner ihre Zelte direkt neben einem Skylight, einem etwa fünf Meter breiten Loch im vulkanischen Boden, das den Zugang in eine etwa vier Meter tiefe Lavahöhle gewährt. Ziel des Teams war es, in dieser realitätsnahen Umgebung sowohl die Komponenten und Systeme auf den Prüfstand zu stellen als auch die einzelnen Missionsphasen intensiv zu testen. In den kommenden Wochen sahen sich die Beteiligten nicht nur mit äußerst wechselhaften Wetterbedingungen konfrontiert, sondern mussten auch immer wieder wissenschaftliche und technische Herausforderungen bewältigen, die ihnen mitunter Arbeitsstunden bis spät in die Nacht abverlangten.

Den Abschluss der dreiwöchigen Tests bildete die finale Demonstration der Gesamtmission vor den Augen externer Besucherinnen und Besucher, zu denen u.a. Vertreterinnen und Vertreter der Europäischen Kommission, der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR), des spanischen Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial (CDTI) und des französischen Centre national d’études spatiales (CNES) gehörten. Die erste Missionsphase verlief reibungslos: Das Roboter-Team näherte sich dem Höhleneingang, während es die Umgebung scannte und eine Karte davon erstellte. In der zweiten Phase beförderte LUVMI-X den Sensorwürfel durch das Skylight ins Höhleninnere. Um die Fallgeschwindigkeiten auf dem Mond zu simulieren, wurden zum Hinablassen des Würfels eine elektrische Seilwinde mit Kabel verwendet. Die während dieses Vorgangs aufgenommen Daten lieferten eine präzise 3D-Karte des Höhleneingangs. Ziel der dritten Missionsphase war das Erreichen des Höhleninneren durch Hinablassen von Coyote III. Dafür dockte der Rover über eine Schnittstelle an ein von SherpaTT bereitgestelltes Abseil- und Dockingsystem an. Ein daran befestigtes Kabel ermöglichte es ihm, sich langsam durch das Skylight hindurch abzuseilen und anschließend sicher am Höhlenboden zu landen. Unten angekommen startete die vierte und letzte Phase der Mission: Coyote III erkundete das unbekannte Terrain und erstellte erfolgreich eine Karte des Höhlenumgebung.

Insgesamt zeigten sich die externen Gäste in höchstem Maße beeindruckt von der Leistung des gesamten CoRob-X-Teams. Sie werteten die Feldtests als großen Erfolg und Meilenstein für zukünftige Langzeitmissionen auf dem Mond. Dr. Thomas Vögele vom DFKI, der das Projekt koordinierte, bezeichnete die Analogmission in Lanzarote als “eine wahre Herausforderung für Mensch und Material. Die Erforschung einer Lavahöhle mit drei autonomen Rovern ist vor CoRob-X in dieser Form noch nicht demonstriert worden. Wir haben gezeigt, dass es möglich ist und sind damit hoffentlich einer echten Mondmission ein Stück nähergekommen.”

Bereits im vergangenen Jahr führten das spanische Unternehmen GMV Aerospace and Defence SA und die Stiftung Santa Bárbara Feldtests in einem Bergwerk in Nordspanien durch. Ziel war es, die Funktionalität der SRC-Technologien in einem terrestrischen Szenario zu beweisen. Für die Inspektion von Bergbautunneln wurden ein Rover und eine Drohne von GMV zur eingesetzt. Gemeinsam gelang es den Systemen, einen Schacht nach einer Sprengung zu untersuchen, um mögliche Gefahren für den Menschen auszuschließen.

Das Projekt CoRoB-X wurde vom 1. März 2021 bis 28. Februar 2023 im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizont 2020 der Europäischen Union unter dem Förderkennzeichen 101004130 gefördert. Zu den Projektpartnern gehörten:

• Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH (DFKI), Robotics Innovation Center
• Space Applications Services NV/SA
• GMV Aerospace and Defence SA
• Magellium SAS
• Laboratoire ATMosphères et Observations Spatiales (LATMOS)
• Stiftung Santa Bárbara
• Universität Malaga
• Sintef AS
• Airbus Defence and Space GmbH

Weitere Informationen zum Projekt: https://www.corob-x.eu/

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• Neue Mond-Rover Konzepte

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Quelle: DFKI 26. Juli 2022.

26. Juli 2022 – Fußballspielende, tanzende und schwimmende Roboter, ein über zwölf Tonnen schwerer Schreitbagger für den Einsatz in menschenfeindlichen Umgebungen und eine künstliche Mondkraterlandschaft, die dem Test autonomer Weltraumsysteme dient – das sind nur einige der Highlights, die Besucherinnen und Besucher am 30. September 2022 von 15 bis 20 Uhr beim Tag der offenen Tür des DFKI in Bremen erwarten. Anlässlich der feierlichen Eröffnung des neuen Erweiterungsbaus öffnet das Institut seine Pforten in der Robert-Hooke-Straße 1 und gewährt spannende Einblicke in die Forschung.

Erstmalig haben interessierte Bürgerinnen und Bürger beim Tag der offenen Tür die Gelegenheit, den neuen weitläufigen Anbau, der u.a. zusätzliche Testanlagen, Labore und Werkstätten beherbergt, zu erkunden. Er bietet den derzeit rund 190 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern der Bremer Forschungsbereiche Robotics Innovation Center und Cyber-Physical Systems auf einer Fläche von etwa 4.500 Quadratmetern eine einzigartige Infrastruktur, um die Erforschung von Zukunftsthemen wie Mensch-Maschine-Kooperation, Weltraumrobotik, Eingebettete Systeme und Quanten-KI voranzutreiben.

Während ihres Rundgangs durch das DFKI-Gebäude lernen die Besucherinnen und Besucher aktuelle Projekte kennen, die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler anhand zahlreicher eindrucksvoller Exponate und Demonstrationen erläutern. Dabei erfahren sie zum Beispiel, welchen Nutzen die Forschung des DFKI für Anwendungsbereiche wie Raumfahrt, Medizin und industrielle Produktion hat, wie sich die Sicherheit und Korrektheit elektronischer Systeme gewährleisten lässt, wofür Roboter unter Wasser, im Weltraum und in der Pflege eingesetzt werden oder wie sie beim Umweltschutz und in Katastrophengebieten behilflich sein können. Darüber hinaus bietet sich die Möglichkeit, das Team „B-Human“, den amtierenden Weltmeister im Roboterfußball, in Aktion zu erleben, einer Tanzeinlage des humanoiden Roboters RH5 beizuwohnen, Roboter beim Tauchen im großen Salzwasserbecken oder Erklimmen des Mondkraters zu beobachten sowie den Schreitbagger ARTER auf dem Testgelände im Außenbereich zu bestaunen.

Ein Rahmenprogramm mit interaktiven Formaten, Austausch mit Expertinnen und Experten sowie einem Kino, das spannende Filme aus der Forschung zeigt – z.B. von Experimenten und Feldtests im In- und Ausland – ergänzt das umfangreiche Angebot an diesem Tag.

Das Wichtigste in Kürze:
Was? Tag der offenen Tür am DFKI in Bremen
Wann? 30. September 2022, 15 bis 20 Uhr
Wo? Robert-Hooke-Str. 1, 28359 Bremen
Anfahrt

Die Veranstaltung ist kostenfrei. Bei Gruppen ab 15 Personen wird um Anmeldung gebeten, per E-Mail an uk-hb at dfki.de.

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• Terminvorschau auf Veranstaltungen

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Quelle: DLR 1. Juli 2022.

1. Juli 2022 – Roboter können in Gegenden vordringen, die für Menschen gefährlich oder unerreichbar sind. Sie können sogar fremde Planeten erkunden – oder den Mond. Das wurde jetzt am Vulkan Ätna (Italien) gezeigt: Unterschiedliche Roboter haben selbstständig Aufträge erledigt – sie haben Gesteinsproben genommen, analysiert und die Ergebnisse an einen Kontrollraum weitergeleitet. Neben dieser „Geological Mission I“ wurden zwei weitere Szenarien vorgestellt. Sie bilden den Abschluss des Helmholtz-Projekts ARCHES (Autonomous Robotic Networks to Help Modern Societies). Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) leitet das Projekt. Die Lava-Landschaft am sizilianischen Vulkan Ätna ähnelt der Mondoberfläche und eignet sich deswegen gut als Testumgebung. Neben der losen, grobkörnigen Beschaffenheit sind auch die erstarrten Lava-Schichten realistische Herausforderungen für Erkundungsmissionen.

„Teams aus mobilen Robotern haben bei künftigen Weltraum-Missionen eine wichtige Rolle. In heterogenen Teams ergänzen und unterstützen sich die Roboter mit ihren unterschiedlichen Fähigkeiten. Sie dienen als verlängerter Arm und verlängertes Auge des Menschen“, erklärt Dr. Armin Wedler, Projektleiter im DLR-Institut für Robotik und Mechatronik. In der „Geological Mission I“ sah das so aus: Zwei Roboter waren gemeinsam autonom unterwegs. Dazu kommt noch eine Drohne. Roboter LRU1 (Light weight rover unit 1) bewertet Bodenproben über seine Kameras, er gilt im Team als der „Wissenschaftler“. LRU2 übernimmt die Rolle des „Assistenten“, er sammelt Bodenproben ein, bringt sie zum Lander oder analysiert sie mit LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy; Laser-induzierte Plasmaspektroskopie).

Für LIBS wird ein leistungsstarker gepulster Laserstrahl auf die Probe gerichtet. Das Material verdampft teilweise und über das entstandene Plasma erkennt LIBS unterschiedliche Elemente. Das ARCHES LIBS Modul ist eine Entwicklung des DLR-Instituts für Optische Sensorsysteme. LRU2 transportiert außerdem Materialboxen, hat Platz für Werkzeug und stellt sicher, dass LRU1 immer WLAN hat. Die Drohne ARDEA gilt im Team als „Kundschafter“ und kartiert das Gelände. Wegen des zeitweise starken Windes am Ätna konnten die Fähigkeiten von ARDEA und LIBS nicht bei allen Durchläufen eingesetzt werden.

Die drei Szenarien basieren auf unterschiedlichen Rahmenbedingungen
Die „Geological Mission I“ geht davon aus, dass die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Aufgaben der Roboter von der Erde aus überwachen. Anders ist es bei der „Geological Mission II“, die ebenfalls am Ätna gezeigt wurde. Hier werden die Roboter von einer Station im Orbit gesteuert. Neben LRU1 und LRU2 sammelt der Interact Rover Gesteinsproben und bringt sie zu einem Lander. Der Interact Rover hat einen Kameraarm und einen Greifarm, der auch ein haptisches Feedback gibt. Das heißt, er ermöglicht den weit entfernten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern ein Tastgefühl für die Gesteinsproben. Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hat einen Roboterarm mit einer Hand als haptische Mensch-Maschine-Schnittstelle entwickelt. Der vierte Roboter – der Scout-Rover – ist mit einem WLAN-Repeater ausgestattet und platziert sich so, dass Interact kontinuierlich Verbindung zum Kontrollraum hat. Bei der „Geological Mission II“ arbeiten die Roboter nicht autonom, sondern werden von einer Astronautin oder einem Astronauten gelenkt.

Bei der Demomission übernahm der deutsche Astronaut Thomas Reiter diese Aufgabe in einem eigens eingerichteten Kontrollraum in Catania, der etwa 23 Kilometer entfernt war. Die „Geological Mission II“ ist gleichzeitig der Abschluss der Analog-1-Kampagne der Europäischen Weltraumorganisation ESA. 2019 hatte ESA-Astronaut Luca Parmitano im Rahmen der Analog-1-Kampagne von der Internationalen Raumstation ISS aus den Interact Rover in einer simulierten Mondumgebung in den Niederlanden gesteuert.

Antenne für die Rückseite des Mondes
Im dritten Szenario „LoFar Experiment“ ging es um die Installation und Wartung eines Niederfrequenz-Funkantennenfeldes (LoFar, Low-Frequency Radio Array). Die LRU-Rover und die Drohne ARDEA haben so die Aufstellung des Antennensystems auf der Rückseite des Mondes simuliert. Eine entsprechende Antenne könnte von der Mondrückseite in die Tiefen des Weltalls gerichtet werden.

Das Helmholtz-Zukunftsprojekt ARCHES
Im Helmholtz-Zukunftsprojekt ARCHES (Autonomous Robotic Networks to Help Modern Societies) werden seit 2018 heterogene, autonome, vernetzte robotische Systeme entwickelt. Nicht nur die Roboter sind unterschiedlich, sondern auch die Anwendungsfelder. Neben der Erkundung des Sonnensystems ist zum Beispiel die Umweltüberwachung der Ozeane und die Unterstützung bei Krisen auf der Erde möglich.

Die Demo-Mission „Space“, die jetzt auf dem Ätna stattfand, musste wegen der Corona-Pandemie mehrmals verschoben werden. Eine Demo-Mission „Tiefsee“, die ebenfalls zu ARCHES gehört, wurde Ende 2020 durchgeführt.

Die Demo-Mission „Space“ wurde vom DLR gemeinsam mit dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) in Catania durchgeführt. Weitere ARCHES-Projektpartner sind das Alfred-Wegener-Institut (AWI, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung) und das GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR). Vor fünf Jahren gab es bereits die Demomission ROBEX (Robotische Exploration unter Extrembedingungen) auf dem Ätna. ARCHES erweitert auch die Erkenntnisse, die durch ROBEX gewonnen wurden.

Neben dem DLR-Institut für Robotik und Mechatronik sind das DLR-Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik, das DLR-Institut für Kommunikation und Navigation, das DLR-Institut für Optische Sensorsysteme und die Einrichtung Raumflugbetrieb und Astronautentraining an ARCHES beteiligt.

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• DLR

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Quelle: DFKI.

2. Mai 2022 – Quantencomputer bergen ungeahntes Potenzial für zahlreiche Anwendungsfelder – auch für die Robotik. Doch noch steckt die Forschung in den Kinderschuhen. Im nun abgeschlossenen Projekt QINROS ist es Forschenden des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) und der Universität Bremen gelungen, bestärkende Lernverfahren mit Quantenalgorithmen erstmalig für die Roboternavigation im Kontext der Weltraumexploration einzusetzen. Damit schaffen sie wichtige Grundlagen zur Erforschung der Zukunftstechnologie für robotische Anwendungen. Das Vorhaben wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) über das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gefördert.

Die größte Herausforderung im Bereich der autonomen Robotik ist die riesige Datenmenge, die in kürzester Zeit verarbeitet werden muss, damit Roboter selbständig agieren und schnell auf unvorhergesehene Situationen reagieren können. Quantencomputer sind in der Lage, eine Vielzahl von Lösungswegen parallel zu berechnen, weshalb sie Informationen deutlich schneller verarbeiten, und sehr viel komplexere Aufgaben bewältigen könnten als klassische digitale Computer. Doch die Erforschung quantengestützter Berechnungsverfahren in der Robotik steht noch ganz am Anfang. Diese voranzutreiben, haben sich das DFKI Robotics Innovation Center und die Arbeitsgruppe Robotik der Universität Bremen auf die Fahne geschrieben und eine Forschungsagenda definiert, um quantengestützte Konzepte und Lösungen für Anwendungsfelder in der Künstlichen Intelligenz (KI) und Robotik zu erarbeiten.

Prof. Dr. Dr. h.c. Frank Kirchner, Leiter des DFKI Robotics Innovation Center: „Die Quantentechnologie, insbesondere das Quantenmaschinelle Lernen, hat das Potenzial bedeutende Entwicklungen im Bereich der effizienten Berechnung hoch komplexer Prozesse zu ermöglichen. Gerade in der Robotik haben wir das Problem, dass wir immer am Limit der Computer arbeiten – je mehr Rechenkraft uns zur Verfügung steht, desto besser. Allerdings gilt es hier noch sehr viel grundlegende Forschung zu betreiben und entsprechende Ausbildungsarbeit zu leisten. Dazu möchten wir mit aktuellen und zukünftigen Projekten beitragen.“

Im Mittelpunkt des im September 2020 gestarteten Projekts QINROS (Quantencomputing und quantenmaschinelles Lernen für intelligente und robotische Systeme) stand die Frage, ob und in welchem Ausmaß sich Rechenprozesse für robotische Navigationsaufgaben bereits heute auf Quantencomputer auslagern lassen. Die Verteilung von Rechenprozessen ist deshalb von besonderer Relevanz, weil die Rechenkapazität aktueller Quantencomputer noch nicht für eine vollständig quantenbasierte Verarbeitung ausreicht. Zudem wollten die Bremer Forschenden herausfinden inwiefern die quantengestützte Ausführung maschineller Lern- und Optimierungsverfahren Vorteile gegenüber klassischen Verfahren birgt. Dies untersuchten sie am Beispiel eines mobilen Turtlebot-Systems, dessen Aufgabe es ist, mithilfe von Reinforcement Learning eine unbekannte Umgebung eigenständig zu erkunden. Dabei erfasst der Roboter sowohl Sensorwerte der Umgebung als auch Informationen zu seinem internen Status, die als Datenbasis für das bestärkende Lernen dienen, das erwünschtes Roboterverhalten wie das erfolgreiche Umfahren eines Hindernisses belohnt. So lernt das System, sich nach und nach in der ihm fremden Umgebung zurechtzufinden.

Ausgehend von diesem Szenario wurde zunächst theoretisch evaluiert, welche Anteile des Reinforcement Learning sich mithilfe von quantengestützten Verfahren berechnen lassen, und welche sinnvollerweise, aber auch notwendigerweise mit klassischen Verfahren vorverarbeitet werden müssen. Die Umsetzung erfolgte in der simulierten Umgebung mit steigender Komplexität. Hierfür entwickelten die Forschenden Algorithmen für parametrisierbare Quantenschaltkreise, die u.a. die Berechnung neuer Trajektorienziele mit Qubits ermöglichen. Dabei zeigte sich, dass sich mithilfe der Quantenschaltkreise äquivalente Ergebnisse wie mit klassischen neuronalen Netzen erzielen lassen. Darüber hinaus deuten erste Ergebnisse darauf hin, dass sich Probleme deutlich kompakter darstellen lassen: So benötigten die Wissenschaftler zur Lösung ein und desselben Problems anstatt 2000 Parameter im neuronalen Netz nur 200 Parameter im Quantenschaltkreis. Die Projektergebnisse veröffentlichten die Forschenden in dem Paper „Quantum Deep Reinforcement Learning for Robot Navigation Tasks“ (arXiv:2202.12180)

Ein weiterer wesentlicher Bestanteil von QINROS war ein zweitätiger virtueller Workshop am 17. und 18. Februar 2022, der darauf abzielte, Interessierten aus der (KI-)Software-Entwicklung, Führungskräften aus Industrie und Forschung sowie Studierenden und Promovierenden einen ersten Einblick in die komplexe Thematik zu geben. Mit insgesamt 150 Teilnehmenden, einem durchweg positiven Feedback sowie dem Wunsch nach weiteren derartigen Weiterbildungsmöglichkeiten war die Veranstaltung ein voller Erfolg.

Frank Kirchner: „Mit QINROS ist es uns erstmalig gelungen, quantenmaschinelle Lernverfahren für Roboterverhalten in einer simulierten Umgebung zu demonstrieren und so die Leistungsfähigkeit parametrisierbarer Quantenschaltkreise in einem Anwendungsfall der Weltraumrobotik darzustellen. Wir freuen uns sehr über die vielversprechenden Ergebnisse, die wir nun weiterverfolgen wollen. Die rege Teilnahme an unserem Workshop hat uns den Bedarf und das enorme Interesse an dem Thema nochmals vor Augen geführt.“

Das Projekt QINROS wurde vom 1. September 2020 bis zum 28. Februar 2022 vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) über das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gefördert.

Paper:
Quantum Deep Reinforcement Learning for Robot Navigation Tasks Dirk Heimann, Hans Hohenfeld, Felix Wiebe, Frank Kirchner: https://arxiv.org/abs/2202.12180
pdf: https://arxiv.org/pdf/2202.12180

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• KI und Raumfahrt

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Quelle: DLR.

15. November 2021 – Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) beteiligt sich an der Space Tech Expo vom 16. bis zum 18. November 2021 in Bremen: Am Messestand in Halle 5, Standnummer J28, zeigt das DLR Exponate aus der Raumfahrt sowie Transferthemen, die den Weg aus der Forschung in die Anwendung finden. Schwerpunkte der Messepräsenz sind der Einsatz von Robotik, Lasertechnik und Radartechnik in der Raumfahrt sowie die europäische Beteiligung an zukünftigen bemannten Mondmissionen.

„Global einsetzbare Raumfahrttechnologien sind unverzichtbar geworden in einer Welt des sich beschleunigenden Wandels mit immer enger verflochtenen Wirtschaftssystemen. Globale Herausforderungen wie der Klimawandel, ein übergreifendes Verkehrs- und Warentransportmanagement sowie die digitale Kluft in der Welt brauchen Antworten, die sich mit den technischen Möglichkeiten der Raumfahrt verbinden“, sagt die DLR-Vorstandsvorsitzende Prof. Anke Kaysser-Pyzalla. „Die Space Tech Expo gewinnt vor diesem Hintergrund an Bedeutung. Seit 2015 ist das DLR auf diesem wachsenden Raumfahrttechnologie-Hub präsent, wobei sich bereits vielfältige Geschäftsbeziehungen auf europäischer und internationaler Ebene ergeben und vertieft haben.“

Am ersten Messetag ist Prof. Anke Kaysser-Pyzalla mit einer Keynote auf der begleitenden Konferenz vertreten.

„Unsere Raumfahrtforschung richten wir als DLR auf den gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Bedarf aus und liefern in diesem Zusammenhang neue technologische Lösungen. Die Kombination aus Grundlagen- und angewandter Forschung erlaubt es, unsere Ziele bedarfsgerecht auszurichten. Durch systematische Auslegung und Betrachtung komplexer Szenarien, ist das DLR in der Lage, große und langfristige Projekte durchzuführen. Die Space Tech Expo Bremen sehen wir als ideale Plattform, unsere Entwicklungen und Innovationen der Politik sowie Herstellern in der zivilen kommerziellen Raumfahrt näherzubringen“, ergänzt Dr. Anke Pagels-Kerp, Bereichsvorständin Raumfahrt.

Diese Themen präsentiert das DLR auf der diesjährigen Space Tech Expo:

Roboter warten Satelliten
In den letzten Jahren wuchs die Anzahl der Satelliten im Erdorbit rapide an. Hersteller von Satelliten sind interessiert an Technologien, die Satelliten warten und im Notfall sofort reparieren können. Aktuell werden vorzugsweise Astronauten für solche Missionen eingesetzt, trotz hoher Risiken und Kosten. Deshalb stellen robotische Systeme eine kostengünstige Alternative dar. Für diese Zwecke hat das DLR-Institut für Robotik und Mechatronik das Robotersystem CAESAR (Compliant Assistance and Exploration SpAce Robot) entwickelt. Es vereint innovative Elektronik und Mechanik mit neuen Regelungsverfahren. Ähnlich wie ein menschlicher Arm besitzt der Roboter sieben Freiheitsgrade, was ihm gegenüber Standardrobotern eine höhere Flexibilität verleiht. Eine an dem Roboter installierte SpaceHand erlaubt ihm auch, taumelnde oder nicht kooperative Satelliten zu greifen und zu stabilisieren.

Satellite Laser Ranging: Hochpräzise Abstandsmessung
Mittels Satellite Laser Ranging, kurz SLR, lässt sich der Abstand eines Satelliten zu einem festgelegten Punkt auf der Erde sehr exakt bestimmen. Anwendung findet dieses laserbasierte Messverfahren, das vom DLR-Institut für Technische Physik präsentiert wird, zum Beispiel in der Erdbeobachtung, beim Betrieb von Satelliten oder Aufspüren von Weltraumschrott. Beim SLR wird mit Hilfe spezieller Lasersysteme der Abstand zwischen einer Bodenstation und einem Satelliten gemessen – und das mit sehr hoher Genauigkeit von einigen Millimetern auf bis zu 25.000 Kilometern Entfernung. Dazu sendet die Bodenstation einen Laserstrahl aus. Dieser trifft auf den Satelliten, wird zurückgelenkt und mittels eines Teleskops und einem Detektor von der Bodenstation erfasst. Aus der Zeit, die das Laserlicht für diesen Weg benötigt, lässt sich sehr exakt der Abstand zwischen Satellit und Bodenstation berechnen.

Laserbasierte Satelliten-Kommunikation
Nicht nur Abstandsmessungen, sondern auch der Austausch von Daten zwischen Satelliten kann über Laser erfolgen. Die Technologie zur Laserübertragung nutzt am Satelliten ein Kommunikationsterminal mit verschiedenen Spiegeln. Damit die Informationen präzise weitergegeben werden können, müssen diese Spiegel genaustens zueinander ausgerichtet sein. Als Gehäusestrukturen oder Trägerplatten für Spiegel und optische Instrumente haben sich faserverstärkte Keramiken vom DLR-Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie in diversen Tests als besonders geeignet erwiesen. Die faserverstärkte Keramik hat den Vorteil, dass sie sich auch bei stark unterschiedlichen Temperaturen nicht ausdehnt und besonders steife und leichte Sandwichplatten hergestellt werden können. So bleibt sie auch im Weltall besonders formstabil. Mit solchen, ausdehnungsneutralen Teleskoprohren gelang erstmals die Datenübertragung mittels Laser zwischen den Satelliten TerraSar-X und NFire.

Sicherheit im Weltraum durch Radartechnik
Das German Experimental Surveillance and Tracking Radar (GESTRA) ist ein Radarsystem zur Beobachtung und Verfolgung von Objekten im Weltall, wie etwa Satelliten, Raumfahrzeugen oder Weltraumschrott. So ist es etwa möglich, Raumfahrtsysteme oder die Internationale Raumstation ISS durch rechtzeitige Warnung vor einer Kollision mit Schrottteilchen zu schützen. Schätzungen zufolge umkreisen derzeit bereits mehr als 128 Millionen kleinster Partikel die Erde und stellen bei einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von 28.000 Kilometern pro Stunde eine Gefährdung für aktive Weltraumtechnologien dar.

Das GESTRA-Radar, das die größeren dieser Objekte erfassen kann, arbeitet im Mikrowellenbereich und erkundet den niedrigen Erdorbit in einer Höhe von 300 bis 3000 Kilometern – also dem Bereich, in dem sich die meisten Satelliten und die ISS befinden. Das System soll voraussichtlich in 2022 an seinem Standort in Koblenz in Betrieb genommen werden.

Servicemodul für das Orion-Raumschiff
Die DLR-Raumfahrtagentur präsentiert das in Europa entwickelte Servicemodul (ESM) des neuen NASA-Crew-Raumschiffes Orion. Das ESM ist das Herzstück des Orion-Raumschiffs und sitzt unterhalb der Crew-Kapsel. Es beinhaltet das Haupttriebwerk und liefert über vier Solarsegel den Strom. Außerdem reguliert es Klima und Temperatur im Raumschiff und lagert Treibstoff, Sauerstoff und Wasservorräte für die Crew. Das Orion-Raumschiff und damit auch das ESM gelten als zentraler Meilenstein für künftige bemannte Explorationsmissionen zum Mond, aber auch zum Mars und darüber hinaus.

Das europäische Konsortium, welches das ESM baut, steht unter der Führung von Airbus Defence and Space in Bremen. Insgesamt sind Firmen aus zehn ESA-Ländern sowie den USA beteiligt. Der unbemannte Erstflug von Orion mit dem ESM ist für 2022 geplant. Dieses erste ESM trägt den Namen ESM-1 „Bremen“, da es zu großen Teilen in der deutschen Hansestadt gebaut worden ist. 2023 sollen dann erstmals Astronautinnen und Astronauten mit Orion/ESM zum Mond fliegen.

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• Space Tech Expo Bremen 16.-18. 11. 2021

Der Beitrag Das DLR auf der Space Tech Expo 2021 in Bremen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: FZI Forschungszentrum Informatik.

Karlsruhe – Ob im Smart Home, bei Sprachassistenten, in Navigationssystemen – Künstliche Intelligenz (KI) ist längst Teil unseres Alltags. In der Raumfahrt wird sie dagegen kaum genutzt. Der Grund: Die Anforderungen an die Zuverlässigkeit und Sicherheit sind hier besonders hoch und KI erfüllt diese bislang nicht. Dabei ist das Potenzial riesig: Mit KI könnten etwa Roboter im Weltall Satelliten zusammenbauen – was deutlich kostengünstiger ist, als sie auf der Erde zu montieren. Das FZI Forschungszentrum Informatik möchte daher mit dem Projekt VeriKI gemeinsam mit der Universität Würzburg sowie BSSE System & Software Engineering Künstliche Intelligenz auch für Weltraumanwendungen sicher nutzbar machen.

Robust und sicher müssen Anwendungen in der Raumfahrt sein. Um zu gewährleisten, dass das auf eine Software zutrifft, muss diese verifiziert, also ihre Richtigkeit bestätigt werden. Es gibt zwar bereits gängige Verfahren zur Verifizierung, für Künstliche Intelligenz sind diese aber ungeeignet. „Das wäre viel zu teuer und zeitaufwändig“, erklärt Dr.-Ing. Arne Rönnau, Abteilungsleiter am FZI Forschungszentrum Informatik. VeriKI erforsche daher ein alternatives Zertifizierungskonzept, welches anhand von zwei Anwendungsfällen getestet werde. „Wenn es uns gelingt, ein geeignetes Konzept zu entwickeln, lösen wir damit eine große Barriere für die Anwendung von KI in der Raumfahrt auf“, so Rönnau. Als technologische Grundlage für das Projekt wird das quelloffene Robot Operating System ROS 2 verwendet. Das Framework besteht aus einer Reihe von Softwarebibliotheken sowie Open-Source-Tools und deckt viele Funktionen ab, die für das Projekt VeriKI wichtig sind. „Genau wie KI hat sich ROS 2 auf der Erde bereits bewährt“, erklärt Rönnau. „Jetzt wollen wir das Potenzial auf den Weltraum übertragen.“

Anwendungsnah forschen mit Anwendungsfall aus der Raumfahrt
Beim Projekt VeriKI verantworten das FZI und die Universität Würzburg jeweils einen Anwendungsfall. Mit dem Anwendungsszenario, der in der Verantwortung des FZI liegt, möchte die Forschungsgruppe Roboter befähigen, im Weltraum Satelliten zu montieren. Einen großen, bereits zusammengebauten Satelliten ins Weltall zu transportieren ist in der Regel äußerst aufwändig und kostspielig. Daher ist die Möglichkeit, ihn in Einzelteilen ins Weltall zu schicken und vor Ort von einem Roboter zusammenbauen zu lassen sehr attraktiv. Die Montage ist allerdings komplex: „Aufgrund der zeitverzögerten Kommunikation würde es sehr lange dauern, den Roboter von der Erde aus zu steuern. Das ist praktisch nicht umsetzbar“, so Rönnau. „Daher muss der Roboter den Satelliten selbstständig montieren und dazu mit Künstlicher Intelligenz ausgestattet sein. Und wir möchten diese KI in unserem Anwendungsfall mit VeriKI verifizieren.“

Der Anwendungsfall, den die Universität Würzburg verantwortet, beschäftigt sich mit dem verifizierten Einsatz von Künstlicher Intelligenz für Lageregler. Satelliten benötigen diese, um stabil und sicher auf der Umlaufbahn der Erde zu fliegen. Mithilfe kleiner Steuerdüsen können Lageregler die Position von Satelliten regulieren. Das Einstellen eines Lagereglers ist gewöhnlich sehr aufwändig, doch mithilfe von Künstlicher Intelligenz soll der Aufwand reduziert werden. Künftig soll es möglich sein, dass sich der Lageregler intelligent im Weltraum selbst anpasst. „In dem Fall ist es besonders wichtig, dass die KI verifiziert ist und keine Fehler macht“, erklärt Rönnau. „Eine fehlerhafte Lageregelung kann nämlich dazu führen, dass der Satellit abstürzt. Das ist beispielsweise bei der NASA-Raumsonde Mars Polar Lander in den 90ern passiert.“

Das Konzept zur Verifizierung der eingesetzten Künstlichen Intelligenz wird hauptverantwortlich vom Unternehmen BSSE System & Software Engineering entwickelt. Hierbei gilt es zu identifizieren, welche Teile der Software nicht ohne Weiteres mit den bisherigen Methoden verifiziert werden können. Für diese Teile sollen neue Verfahren untersucht und, wenn notwendig, Absicherungen entwickelt werden. „Die Verifikation von Verfahren der künstlichen Intelligenz ist weltweit aktuelles Forschungsthema – jedoch derzeit fokussiert auf Bilderkennungssysteme. Im Vorhaben müssen wir also Ansätze finden, die für die Robotik und die Lageregelung geeignet sind,“ erklärt dazu Dr. Ralf Gerlich von BSSE. Das FZI und die Universität Würzburg unterstützen BSSE bei der Entwicklung des Konzepts.

In der Vergangenheit haben viele Entwicklungen aus der Luft- und Raumfahrt ihren Weg in die Industrie und sogar in unseren Alltag gefunden. Die Digitalkamera ist ein gutes Beispiel für solch eine Spin-Off-Technologie. Ziel des Forschungsprojekts VeriKI ist ein Spin-In, bei dem Künstliche Intelligenz und ROS 2 als erfolgreiche Technologien den Weg von der Erde ins Weltall finden.

Über das Projekt
Das Projekt VeriKI wird von Seiten des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie mit rund 943.000 Euro über zwei Jahre gefördert. Projektstart war der 01. September 2020. Als Projektträger übernimmt das Raumfahrtmanagement des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR). die Organisation und Verwaltung der Förderung.

Über das FZI Forschungszentrum Informatik
Das FZI Forschungszentrum Informatik mit Hauptsitz in Karlsruhe und Außenstelle in Berlin ist eine gemeinnützige Einrichtung für Informatik-Anwendungsforschung und Technologietransfer. Es bringt die neuesten wissenschaftlichen Erkenntnisse der Informationstechnologie in Unternehmen und öffentliche Einrichtungen und qualifiziert junge Menschen für eine akademische und wirtschaftliche Karriere oder den Sprung in die Selbstständigkeit. Betreut von Professoren verschiedener Fakultäten entwickeln die Forschungsgruppen am FZI interdisziplinär für ihre Auftraggeber Konzepte, Software-, Hardware- und Systemlösungen und setzen die gefundenen Lösungen prototypisch um. Mit dem FZI House of Living Labs steht eine einzigartige Forschungsumgebung für die Anwendungsforschung bereit. Das FZI ist Innovationspartner des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT).

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• Raumfahrt-Robotik in Deutschland

Der Beitrag FZI: Roboter, die Satelliten im Weltall montieren erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Simon Plasger. Quelle: Eigenrecherche.

In der Raumfahrt gibt es mehrere Gründe, Menschen durch Roboter zu unterstützen oder sie gar durch diese zu ersetzen: Neben den geringeren Kosten spricht auch ein verringertes Risiko dafür. Genau deswegen wird auch in Deutschland intensiv daran geforscht, geländetauglichen Maschinen möglichst viel Selbstständigkeit beizubringen.

Neben dem DLR, dem deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt, forschen auch verschiedene Universitäten intensiv an dem Thema. Insbesondere die Universität Bremen war mit mehreren Robotern in der Ausstellung vertreten.

Sie stellte mehrere Modelle vor, die möglicherweise in einigen Jahren ins All fliegen könnten. Dabei wurden innovative Konzepte vorgestellt, die weit von heutigen abwichen. Ein Beispiel dafür ist der Laufroboter SCORPION, welcher auf acht Beinen Gelände erkunden kann, das für fahrende Sonden nicht zu erreichen ist. Als Beispiel seien dafür steile Hänge von Marskratern genannt, an denen mit Rädern ausgestattete Gefährte abrutschen würden. Auch zum Klettern sind die Beine geeignet, so können mit ihnen beispielsweise Balken umgriffen werden.

Ein weiteres Konzept, ebenfalls aus Bremen, ist ARAMIES, ein vierbeiniger Roboter, dem Aussehen einer Katze nachempfunden. Es kann unter anderem Leitern erklimmen und mit ausfahrbaren Krallen auch in unebenem Gelände Halt finden.

Aus Berlin kommt der modulare Satellit iBOSS, welcher auf dem Baukastenprinzip basiert und so wesentlich leichter zu warten ist als heutige monolithische Satellitenkonzepte.

Aber nicht nur Konzepte wurden vorgestellt, auch bereits geflogene Hardware war zu sehen. Der bis 2010 auf der ISS im Einsatz gewesene Roboterarm ROKVISS war zu sehen, neben verschiedenen, bei den Spacelab-Missionen im Einsatz gewesenen Roboterbauteilen.

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• Raumfahrt-Robotik in Deutschland

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Autor: Raumfahrer.net Redaktion.

Die Planetary Society arbeitet mit dem Spielzeughersteller Lego und der NASA zusammen, um Schülern aus aller Welt die Raumfahrt näher zu bringen. Ein laufendes Projekt ist „Red Rover goes to Mars„. Bereits 2001 bekam ein Schülerteam die Chance, die Kamera an Bord der Sonde Mars Global Surveyor zu steuern. Bei einer neuen Ausschreibung konnten sich Schüler bewerben, um 2004 bei wissenschaftlichen Experimenten mit den Mars Exploration Rovern „Spirit“ und „Opportunity“ dabei zu sein.

Jeder der beiden Mars Exploration Rover enthält auf dem Landeteil eine speziell angefertigte DVD-ROM, die über vier Millionen Namen von Weltraumenthusiasten der Planetary Society trägt. Es handelt sich um keine gewöhnliche DVD, denn die Scheibe muss den extremen Temperaturen und der Strahlung im Weltraum widerstehen. Das speziell angefertigte Material kann über 500 Jahre überstehen. Die DVD ist als Zeitkapsel gedacht. Sollten in wenigen Jahrzehnten die ersten Kolonisten auf dem Mars siedeln, finden sie vielleicht die Überreste der frühen Marssonden und können dann auf der DVD nachsehen, wer die Mission damals unterstützt hat.

Zwei ungewöhnliche Astronauten sind ebenfalls mit an Bord. Der Lego-Astrobot Biff Starling fliegt mit der Sonde Spirit zum roten Planeten. Seine Kollegin Sandy Moondust muss sich etwas gedulden und startet später mit der Sonde Opportunity. Auf der Webseite des Red Rover-Projekts kann man die virtuellen Tagebücher der beiden kleinen Figuren lesen. Die Geschichten sind sehr unterhaltsam und nicht nur Kinder können dort viel über die Raumfahrtmissionen lernen!

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