Schematische Darstellung des Missionsablaufs. Der intelligente Bohrer durchbricht die Eisdecke auf Jupiters Eismond und entlässt das autonome Unterwasserfahrzeug ins Wasser. Dieses steuert den Grund des Ozeans an, um Nachweise möglichen Lebens aufzuspüren. Dann kehrt es selbstständig zurück zum Trägersystem, das die ermittelten Daten und Bilder aufnimmt und an die Erde übermittelt.
Grafik: © DFKI GmbH

Auf dem Eismond "Europa" wird unter einer bis zu 10.000 Meter dicken Eisdecke ein Ozean aus Salzwasser vermutet. Stimmt das, könnte es dort Formen von Leben geben. Ein intelligentes Navigationssystem soll einem autonomen Unterwasserfahrzeug (AUV) ermöglichen, diesen Ozean erstmals zu erkunden; getragen im Bauch eines mobilen Bohrers, der das zylindrische AUV durch die Eisschicht ins Wasser bringt. Wissenschaftler des Robotics Innovation Center am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Bremen entwickeln die Algorithmen für das Roboterduo und testen es auf der Erde.

Das Projekt "Europa-Explorer" wird mit rund 1,5 Millionen Euro vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) über drei Jahre gefördert. Ziel des Teams um Prof. Dr. Frank Kirchner ist es, zu zeigen, dass Roboterteams den in Jupiters Schatten liegenden Eismond autonom erkunden können. Nachweisen soll das eine sogenannte Analogmission auf irdischem Boden.

"Unsere Algorithmen werden auf dem AUV und dem Eisbohrer unter möglichst realistischen Bedingungen getestet. Denkbar sind Abschlussversuche am Polarkreis", sagt Projektleiter Marc Hildebrandt. Das Göttinger Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung liefert Daten zu Temperatur, Gravitation, Strömung und der Geräuschkulisse, die auf "Europa" und in seinem Ozean herrschen. Mutmaßlich befinden sich dort in rund 100 Kilometern Wassertiefe Hydrothermalquellen. Durch das Spenden von Wärme und Mineralien ermöglichen diese selbst an dunklen, kalten Orten Leben. Hier siedeln sich naturgemäß Biosysteme an. Um diese aufzustöbern, muss ein Unterwasserfahrzeug den Grund des Meeres erreichen.

Im Fokus der DFKI-Forschungsarbeiten steht die Navigationsfähigkeit des AUV: Nach seinem Tauchgang soll es eigenständig zurück zum Eisbohrer finden, um die gesammelten Informationen wie Fotos und Messdaten über eine Schnittstelle an den Eisbohrer und weiter zur Erde zu übermitteln. Das Roboterduo muss während der gesamten Mission ohne Steuerung von der Erde auskommen. Denn ein von der Welt gesendetes Signal kommt mit 33 bis 53 Minuten Zeitverzögerung an - zu lang, um spontan auf neue Situationen reagieren zu können.

Fahrt unter der Eisdecke: AUV Dagon bei einer Testfahrt im zugefrorenen Bremer Uni-See. Sein Nachfolger soll zeigen, dass es möglich ist, den Eismond 'Europa' zu erkunden.
Foto: © DFKI GmbH

Autonomes Unterwasserfahrzeug Dagon als Entwicklungsgrundlage
Als Grundlage dient den Forschern das am DFKI entwickelte AUV Dagon. Das gut ein Meter lange und 75 Kilo schwere AUV kann sich präzise selbst lokalisieren und visuelle Landkarten erstellen. Eingebaute Sensoren senden Schallsignale aus, über die das Fahrzeug seine Position ähnlich der GPS-Methode bestimmen kann. Mit seinen zwei Kameras im Kopf nimmt Dagon während der Fahrt Bilder der Unterwasserlandschaft auf. Anhand seines Abstands und Blickwinkels auf einen bestimmten Punkt errechnet das System seine Position. Dagon wurde bereits erfolgreich in der Industrie eingesetzt, z.B. um Kühlrohre von Kohlekraftwerken zu inspizieren. Das neue AUV wird erheblich kompakter und damit eines der schmalsten existierenden UW-Fahrzeuge sein, um in den Eisbohrer zu passen. Neben der Navigationsleistung wird auch das Antriebskonzept verbessert: Wie klassische AUVs wird es eine Schraube zur aktiven Fortbewegung haben, zugleich aber auch wie sogenannte Glider durch Auftriebsänderung durch das Wasser gleiten können. Mit diesem hybriden Antriebssystem kann das AUV weite Strecken energieeffizient zurücklegen.

Europa-Explorer wird gefördert von der Raumfahrt-Agentur des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages. Förderkennzeichen: 50 NA 1217

Über das DFKI Robotics Innovation Center
Das Robotics Innovation Center zählt zum Bremer Standort des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) GmbH. Hier und in der Außenstelle an der Universität Osnabrück entwickeln Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unter Leitung von Prof. Dr. Frank Kirchner mobile Robotersysteme, die an Land, zu Wasser, in der Luft und im Weltraum für komplexe Aufgaben eingesetzt werden. Das erfordert sowohl ein Design nach neuesten Erkenntnissen der Mechatronik als auch eine Programmierung auf Basis komplexer, massiv-paralleler eingebetteter Systemlösungen. Das DFKI mit Sitz in Kaiserslautern, Saarbrücken und Bremen sowie dem Projektbüro in Berlin ist das weltweit größte Forschungszentrum auf dem Gebiet der Künstlichen Intelligenz.
Weitere Informationen unter www.dfki.de/robotik