Roboterteam auf Mond-Erkundungstour

Schweizer In­ge­nieur*in­nen ma­chen Lauf­ro­bo­ter fit für künf­ti­ge Mond­mis­sio­nen zur Su­che nach Mi­ne­ra­li­en und Roh­stof­fen. Da­mit die Ma­schi­nen auch wei­ter­ar­bei­ten kön­nen, wenn ei­ne von ih­nen aus­fällt, brin­gen die For­schen­den ih­nen Team­work bei.

Auf dem Mond lo­cken Roh­stof­fe, die die Mensch­heit ei­nes Ta­ges ab­bau­en und nut­zen könn­te. Be­reits pla­nen ver­schie­de­ne Raum­fahrt­be­hör­den wie die Eu­ro­päi­sche Welt­raum­or­ga­ni­sa­ti­on ESA Mis­sio­nen, um den Erd­tra­ban­ten bes­ser zu er­for­schen und Mi­ne­ra­li­en auf­zu­spü­ren. Da­zu braucht es ent­spre­chen­de Er­kun­dungs­ve­hi­kel. Schweizer For­schen­de un­ter Lei­tung der ETH Zü­rich ver­fol­gen nun die Idee, nicht ei­nen ein­zi­gen Ro­ver auf Er­kun­dungs­tour zu schi­cken, son­dern ein gan­zes Team von Ve­hi­keln und Flug­ge­rä­ten, die sich ge­gen­sei­tig er­gän­zen.

Als mög­li­che künf­ti­ge Er­kun­dungs­ge­rä­te rüs­te­ten die For­schen­den drei Lauf­ro­bo­ter vom Typ Any­mal, der an der ETH ent­wi­ckelt wor­den ist, mit un­ter­schied­li­chen Mess- und Ana­ly­se­ge­rä­ten aus. Die­se Lauf­ro­bo­ter tes­te­ten sie auf ver­schie­de­nen Ge­län­den in der Schweiz und am Eu­ro­päi­schen In­no­va­ti­ons­zen­trum für Welt­raum­res­sour­cen (ES­RIC) in Lu­xem­burg. Dort hat das Schweizer Team vor we­nigen Mo­na­ten ge­mein­sam mit Kol­le­gen aus Deutsch­land ei­nen eu­ro­päi­schen Wett­be­werb für Mond-Rover ge­won­nen. Im Wett­be­werb ging es dar­um, auf ei­nem der Mond­ober­flä­che nach­emp­fun­de­nen Test­ge­län­de Mi­ne­ra­li­en zu fin­den und zu be­stim­men.

«Meh­re­re Ro­bo­ter zu nut­zen, hat zwei Vor­tei­le», er­klärt Phil­ip Arm, Dok­to­rand in der Grup­pe von ETH-Professor Mar­co Hut­ter. «Die ein­zel­nen Ro­bo­ter kön­nen spe­zia­li­sier­te Auf­ga­ben über­neh­men und die­se zeit­gleich aus­füh­ren. Zu­dem ist ein Roboter-Team dank sei­ner Red­un­danz da­zu im­stan­de, den Aus­fall ei­nes Team­ge­fähr­ten zu kom­pen­sie­ren.» Red­un­danz heisst in die­sem Fall, dass wich­ti­ge Mess­ge­rä­te auf meh­re­ren Ro­bo­tern in­stal­liert sind. Red­un­danz und Spe­zia­li­sie­rung sind al­so ent­ge­gen­ge­setz­te Zie­le. «Um die Vor­tei­le von bei­dem nut­zen zu kön­nen, gilt es, die rich­ti­ge Ba­lan­ce zu fin­den», sagt Arm.

Die For­schen­den der ETH Zü­rich so­wie der Uni­ver­si­tä­ten Ba­sel, Bern und Zü­rich lös­ten dies so, in­dem sie zwei Lauf­ro­bo­ter als Spe­zia­lis­ten aus­rüs­te­ten: Ei­ner war be­son­ders gut dar­in, das Ge­län­de zu kar­tie­ren und die Geo­lo­gie ein­zu­ord­nen. Er nutz­te da­zu ei­nen La­ser­scan­ner so­wie meh­re­re Ka­me­ras, dar­un­ter auch sol­che, die Spek­tral­ana­ly­sen durch­füh­ren kön­nen, um ers­te Hin­wei­se zur mi­ne­ra­li­schen Zu­sam­men­set­zung des Ge­steins zu er­hal­ten. Der an­de­re Ro­bo­ter war auf die prä­zi­se Be­stim­mung von Ge­stei­nen spe­zia­li­siert. Da­zu dien­te ihm ein Raman-Spektrometer und ei­ne Mikroskopie-Kamera.

Ein Team er­reicht mehr als die Sum­me sei­ner Tei­le – die drei Lauf­ro­bo­ter bei ei­nem Test in ei­ner Schweizer Kies­gru­be. Bild: ETH Zü­rich / Taka­hi­ro Mi­ki

Der drit­te Ro­bo­ter war ein Ge­ne­ra­list: Er konn­te so­wohl das Ge­län­de kar­tie­ren und Ge­stei­ne be­stim­men, hat­te al­so ein brei­te­res Auf­ga­ben­spek­trum als die Spe­zia­lis­ten, konn­te die­se Auf­ga­ben mit sei­nen Ge­rä­ten aber we­ni­ger prä­zi­se aus­füh­ren. «Auf die­se Wei­se wä­re es mög­lich, die Mis­si­on er­folg­reich zu En­de zu füh­ren, falls ei­ner der Ro­bo­ter aus­fie­le, egal wel­cher», sagt Arm.

Bei der Space Re­sour­ces Chal­len­ge von ES­RIC und ESA war die Ju­ry be­son­ders da­von an­ge­tan, dass es den For­schen­den dank der Red­un­danz ge­lun­gen ist, ein ge­gen­über Aus­fäl­len ro­bus­tes Er­kun­dungs­sys­tem zu ent­wi­ckeln. Als Preis ge­wan­nen die Schweizer Wis­sen­schaft­ler:in­nen ge­mein­sam mit Kol­leg:in­nen des For­schungs­zen­trum In­for­ma­tik in Karls­ru­he ei­nen For­schungs­ver­trag über ein Jahr, um die Tech­no­lo­gie wei­ter­zu­ent­wi­ckeln. Da­bei wer­den nicht nur Lauf­ro­bo­ter zum Ein­satz kom­men, son­dern auch Ro­bo­ter mit Rä­dern. Die Kol­leg:in­nen des For­schungs­zen­trums In­for­ma­tik ar­bei­ten mit sol­chen.

«Lauf­ro­bo­ter wie un­ser Any­mal ha­ben Vor­tei­le in Block­fel­dern und in stei­lem Ge­län­de, um zum Bei­spiel in ei­nen Kra­ter hin­ab­zu­stei­gen», er­klärt Hen­drik Kol­ven­bach, Wis­sen­schaft­ler in der Grup­pe von ETH-Professor Hut­ter. Ro­bo­ter mit Rä­dern sind da im Nach­teil. Hin­ge­gen kön­nen sich letz­te­re auf ein­fa­che­rem Ter­rain schnel­ler fort­be­we­gen. Bei ei­ner künf­ti­gen Mis­si­on wä­re es des­halb sinn­voll, Ro­bo­ter zu kom­bi­nie­ren, die sich hin­sicht­lich ih­rer Fort­be­we­gungs­art un­ter­schei­den. Auch Flug­ro­bo­ter könn­ten da­zu­kom­men.

Außer­dem pla­nen die For­schen­den, die Au­to­no­mie der Ro­bo­ter zu er­hö­hen. Bis jetzt flos­sen al­le Da­ten der Ro­bo­ter in ein Kon­troll­zen­trum, wo ein Ope­ra­tor den ein­zel­nen Ro­bo­tern Auf­ga­ben zu­teilt. In Zu­kunft könn­ten sich teil­au­to­no­me Ro­bo­ter be­stimm­te Auf­ga­ben ge­gen­sei­tig di­rekt zu­tei­len, mit Kontroll- und Ein­griffs­mög­lich­kei­ten für den Ope­ra­tor.

Weitere Infos auf den Seiten der ETH Zürich unter https://ethz.ch/de/news-und-ve…-mond-erkundungstour.html