Rohstoffsuche auf dem Mond: ETH testet kollaborative Roboter
Die ANYmal-Roboter der ETH Zürich sollen gemeinsam nach Rohstoffen auf dem Mond suchen. In einer dem Mond nachempfunden Testumgebung klappte das bereits.
(Bild: ETH Zürich / Takahiro Miki)
Schweizer Forscher der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) in Zürich haben drei vierbeinige Erkundungsroboter entwickelt, die auf dem Mond nach Rohstoffen suchen sollen. Die drei Roboter sind aber erst der Anfang von einem Team aus Robotern, Fahrzeugen und Fluggeräten, die kollaborativ arbeiten und sich gegenseitig ergänzen sollen.
Die drei Laufroboter aus der ANYmal-Serie sind mit einer Reihe verschiedener Mess- und Analyseinstrumente ausgestattet, wie die Wissenschaftler in der Studie "Scientific exploration of challenging planetary analog environments with a team of legged robots", die in Science Robotics veröffentlicht ist, beschreiben.
Dazu haben die Wissenschaftler zwei der lauffähigen Roboter als Spezialisten konstruiert. Sie wurden so ausgestattet, dass sie jeweils spezielle Aufgaben besonders gut durchführen können. Einer der beiden Roboter kann das Gelände kartieren sowie die Geologie klassifizieren. Dazu hat er Laserscanner und mehrere Kameras an Bord, die teilweise Spektralanalysen durchführen können. Damit kann er erste Anhaltspunkte über die Zusammensetzung des Gesteins liefern. Dem zweiten Roboter brachten die Forschenden bei, Gesteine mit einem Raman-Spektrometer und einer Mikroskopiekamera genau zu identifizieren.
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Der dritte Roboter ist eher ein Generalist. Er kann sowohl Kartierungsaufgaben übernehmen als auch Gesteine identifizieren. Allerdings kann er dies aufgrund seiner einfacheren Ausstattung weniger präzise erledigen als seine beiden Mitstreiter. Dadurch soll es möglich sein, bei einem Ausfall einer der beiden anderen Roboter, die Mission doch noch erfolgreich beenden zu können.
"Der Einsatz von mehreren Robotern hat zwei Vorteile", erklärt Philip Arm, Doktorand in der Gruppe von ETH-Professor Marco Hutter. "Die einzelnen Roboter können spezialisierte Aufgaben übernehmen und diese gleichzeitig ausführen. Zudem ist ein Roboterteam dank seiner Redundanz in der Lage, den Ausfall eines Teamkollegen zu kompensieren." Das mache es jedoch nötig, Messgeräte doppelt auf den Robotern zu installieren. Redundanz und Spezialisierung verfolgen aber gegensätzliche Ziele. Um die Vorteile von beidem zu nutzen, müsse die richtige Balance gefunden werden.
Die Forscher testeten ihre Roboter in unterschiedlichem Gelände in der Schweiz sowie im European Space Resources Innovation Center (ESRIC) in Luxemburg. Am ESRIC nahm das Team an einem europäischen Wettbewerb für Monderkundungsroboter teil. Deutsche Kollegen des Forschungszentrum Informatik aus Karlsruhe unterstützen dabei das Schweizer Team. Die Roboter des ETH gewannen den Wettbewerb, der in einer nachempfundenen Mondlandschaft stattfand. Die Roboter mussten dazu Mineralien in einer unbekannten Umgebung finden und identifizieren.
Arbeit im Team
Die Forscher erhielten als Preis die Finanzierung eines einjährigen Forschungsauftrags, der dabei helfen soll, die Technik weiter zu verfeinern. Die Wissenschaftler beabsichtigen, das Roboterteam noch weiter auszubauen – etwa mit Radrobotern, die sich in einfacherem Gelände schneller bewegen können als ihre Kollegen mit Beinen und sie so ergänzen. Für zukünftige Missionen wollen die Wissenschaftler weitere Roboter entwickeln, die fliegen können. Sie wären in der Lage, aus der Luft Erkundungsdaten an die anderen Roboter weiterzugeben.
Ferner planen die Forscher, ihre Roboter noch autonomer zu gestalten. Momentan liefern die Roboter noch ihre Daten an ein Kontrollzentrum, in dem ein menschlicher Operator ihnen die Aufgaben zuweist. In Zukunft sollen die Roboter solche Aufgaben weitgehend autonom erledigen können. Der Operator dient dann nur noch zur Überwachung.
(olb)