News Detailansicht

Die Exploration des Mars kann am besten gelingen, wenn Roboter mit unterschiedlichen F?higkeiten zusammenarbeiten – am besten autonom. Wichtige Voraussetzungen dafür werden im Rahmen des Projekts ?VaMEx-3“ geschaffen, an dem drei Arbeitsgruppen der Universit?t Bremen ma?geblich beteiligt sind.

Die Oberfl?che des Mars stellt eine Herausforderung für die Wissenschaft dar: Interessanteste Entdeckungen werden vor allem an denjenigen Stellen vermutet, die aufgrund des steinigen und zerklüfteten Terrains am schwersten zug?nglich sind. Um sie untersuchen zu k?nnen, müssen Roboter mit unterschiedlichen F?higkeiten kooperieren: laufen, klettern, fliegen – auch der Transport von Nutzlasten und die Energieversorgung müssen gesichert sein. Das Projekt VaMEx-3, das von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gef?rdert wird, erm?glicht die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Robotersystemen, die eines Tages auf dem Mars landen sollen.

Zentral daran beteiligt sind die Arbeitsgruppe Computergrafik am Technologie-Zentrum Informatik und Informationstechnik (TZI) der Universit?t Bremen unter Leitung von Professor Gabriel Zachmann, die Arbeitsgruppe Kognitive Neuroinformatik von Professorin Kerstin Schill und die Arbeitsgruppe High-Performance Visualization (HPV) von Professor Andreas Gerndt. Das VaMEx-3-Projekt besteht aus vier parallel durchgeführten Teilprojekten mit Partnern aus ganz Deutschland. Es hat ein Gesamtf?rdervolumen von rund fünf Millionen Euro.

Simulation der Mars-Erkundung in Echtzeit

In Vorl?uferprojekten haben die TZI-Wissenschaftler bereits rund 40 Quadratkilometer Marsoberfl?che auf der Basis von Scans der NASA virtuell nachgebildet, um ein Testumfeld für die ben?tigten Technologien zu errichten. Anschlie?end setzten die Projektpartner digitale Versionen ihrer Robotersysteme in diesem Virtuellen Zwilling der realen Marslandschaft aus.
?Bisher agierte jedes Schwarm-Mitglied noch weitgehend für sich allein“, berichtet Projektkoordinator Dr. René Weller von der Arbeitsgruppe Computergrafik am TZI. ?Jetzt geht es darum, sie kooperativ zusammenzubringen.“ ?ber Schnittstellen sollen die unterschiedlichen Systeme in die Lage versetzt werden, in Echtzeit zu interagieren – und zwar weitgehend autonom.

Das Testumfeld muss dabei h?chsten Ansprüchen genügen: ?Der Virtuelle Zwilling muss realistische Aussagen erm?glichen, dass der Schwarm in Zukunft auf dem Mars genauso funktionieren wird“, betont Professor Zachmann. Auch muss das Testumfeld bestehende Schw?chen aufzeigen, wenn beispielsweise die Erkennung bestimmter Objekte bei einem Roboter noch nicht ausreichend funktioniert. Für die Informatik ist es eine Herausforderung, alle Fahrzeuge schnell genug zu simulieren und dabei – unter anderem – auch die Kamerabilder und Lidar-Scans in Echtzeit nachzubilden.

Navigation ohne GPS, Galileo und befestigte Wege

W?hrend die Arbeitsgruppe Computergrafik sich auf die Weiterentwicklung des Testfelds fokussiert, leitet die Arbeitsgruppe Kognitive Neuroinformatik das Teilprojekt ?Robust Ground Exploration“ (robuste Bodenerkundung). Ein zentraler Punkt ist dabei die Entwicklung eines gemeinsamen Navigationsverfahrens, denn auf dem Mars hilft die irdische Satellitennavigation nicht weiter. Dafür wird an der Universit?t Bremen die Software entwickelt. Darüber hinaus soll die Robustheit der Systeme gesteigert werden, um den schwierigen Umweltbedingungen standzuhalten und mit unerwarteten Situationen umzugehen.

?Eine Herausforderung ist, dass die Umgebung im Vorfeld teilweise unbekannt ist“, erkl?rt Dr. Joachim Clemens, der das Teilprojekt koordiniert. ?Daher müssen die Schwarm-Mitglieder Hindernisse selbstst?ndig erkennen, eine Karte der Umgebung erstellen und ihre Position in der Karte sch?tzen. Dabei kooperieren die Einheiten miteinander: Karten- und Positionsinformationen werden ausgetauscht, damit alle Einheiten davon profitieren k?nnen. Diese Informationen nutzen die Schwarmteilnehmer anschlie?end, um das weitere Vorgehen zu planen und sich dabei abzustimmen.“

Ein weiterer Aspekt des Teilprojekts ist die Entwicklung und Integration eines Missionskontrolltools. Dieses System soll zum einen die Visualisierung des aktuellen Status der Mission und zum anderen die Kommunikation der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit dem VaMEx-Schwarm erm?glichen. Die an den Schwarm übermittelten Informationen, beispielsweise über wissenschaftlich relevante Zielgebiete, werden in die autonome Planung des Systems eingebracht und im weiteren Missionsverlauf berücksichtigt. Entwickelt wird das Missionskontrolltool von der Arbeitsgruppe High-Performance Visualization an der Universit?t Bremen.

Auf der Suche nach Wasser und Zeichen von Leben

In drei bis vier Jahren ist eine gr??ere Demonstrationskampagne geplant, um den Roboterschwarm in einem mars?hnlichen Testgebiet ausführlich zu erproben. Fernziel der Mission VaMEx ist es, auf dem Mars das Canyon-System Valles Marineris zu erkunden, um Hinweise auf Wasservorkommen und biologische Spuren aus klimatisch lebensfreundlicheren Epochen des Mars zu finden. Die ?Mariner-T?ler“, benannt nach einer der ersten Mars-Raumsonden der NASA, bilden mit einer Ausdehnung von 4.000 Kilometern und einer Tiefe von stellenweise bis zu 10.000 Metern das gr??te Canyon-Geflecht des Sonnensystems.

Neben der Universit?t Bremen sind auch folgende Partner an VaMEx-3 beteiligt: ANavS GmbH, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), DFKIRobotics Innovation Center, DSI Aerospace Technologie GmbH, INVENT GmbH, TU Braunschweig, TU München, Universit?t Erlangen-Nürnberg, Universit?t der Bundeswehr München und Universit?t Würzburg.