Wenn Roboter auf Mond-Erkundungstour gehen

Auf dem Mond locken Rohstoffe. Bereits jetzt planen 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 an der ETH entwickelte Laufroboter vom Typ Anymal mit unterschiedlichen Mess- und Analysegeräten aus. Dann testeten sie diese Laufroboter 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.

Redundanz versichert gegen Ausfälle

Mehrere Roboter zu nutzen, hat zwei Vorteile. Die einzelnen Roboter können spezialisierte Aufgaben übernehmen und zeitgleich ausführen. Zudem kann ein Roboterteam dank seiner Redundanz den Ausfall eines Teamgefährten 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.

Die Forschenden der ETH Zürich sowie der Universitäten Basel, Bern und Zürich rüsteten dazu zwei Laufroboter als Spezialisten aus: 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 dienten ein Raman-Spektrometer und eine Mikroskopiekamera.

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 aber weniger präzise ausführen. Auf diese Weise wäre es möglich, die Mission erfolgreich zu Ende zu führen, falls einer der Roboter ausfiele, egal welcher.

Auch Flugroboter sind mit im Team

Bei der Space Resources Challenge von ESRIC und ESA war die Jury besonders davon angetan, dass es den Forschenden gelungen ist, ein gegenüber Ausfällen robustes Erkundungssystem zu entwickeln. Als Preis gewannen die Schweizer Wissenschaftler gemeinsam mit Kollegen 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, mit denen die Kollegen des Forschungszentrums Informatik arbeiten.

Laufroboter wie Anymal haben Vorteile in Blockfeldern und in steilem Gelände, um zum Beispiel in einen Krater hinabzusteigen. Roboter mit Rädern sind da im Nachteil, können sich dafür aber 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.