Kommunizierende Unterwasserroboter erkunden Meereswelten gründlicher als jemals zuvor

Das Internet ist heute allgegenwärtig und ist bereits zu einem Teil unseres Lebensstils geworden. Nun aber wird diese für uns selbstverständliche Konnektivität in Bereiche ausgedehnt, in denen es sie bisher noch nie gab - in die Unterwasserwelt.

Dank des Projekts SUNRISE , das von der Europäischen Kommission innerhalb des 7. Rahmenprogramms finanziert wurde, werden Unterwasserroboter in der Lage sein, entsprechend erhaltener Befehle autonom zu arbeiten. Erstmalig werden sie über das Internet miteinander kommunizieren und Daten unabhängig von sich rasch verändernden Umgebungen und Anforderungen an die Datenübertragung zu den Computern zurücksenden können.

‘Die Lücken in unserem Wissen über die Unterwasserwelt sind gewaltig. Wir wissen so wenig, obwohl es eine Tatsache ist, dass die Meeresökosysteme eine zentrale Bedeutung für die Gesundheit unseres Planeten haben und unverzichtbar für unsere Wirtschaft sind’, sagt Projektleiterin Dr. Chiara Petrioli. Von der Ermittlung von Gefahren für Öl- und Gasrohrleitungen über die Umweltüberwachung bis hin zum Schutz archäologischer Stätten und der tiefgreifenden Erforschung der Geologie unseres Planeten - die Gelegenheiten, bei denen Teams aus Wasserrobotern uns helfen könnten, sind vielfältig. ‘Lassen Sie Ihre Fantasie spielen, um die Liste ins Unendliche fortzusetzen’, sagt Dr. Petrioli.

Kommunizierende Roboter für schnell wechselnde Umgebungen werden gebaut

Die sich ständig verändernden Umgebungen sind eine der Schlüsselherausforderungen, die das Projekt meistern muss. Die Roboter kommunizieren durch akustische Signalisierung miteinander, ebenso wie es die Meeressäuger tun. Ein Delfin jedoch wird den signalisierten Weg je nachdem, was in seiner Umgebung passiert, anpassen, wofür Roboter erst zu programmieren sind. So mussten die Forscherinnen und Forscher die Aufgabe lösen, Maschinen zu entwickeln, die auf eine sich rasch verändernde Menge von Variablen reagieren können. ‘Salzgehalt, Temperatur, Störungen in Form von Wellen oder vorüberfahrenden Schiffen, all das wird die Bandbreite der effektiven Kommunikation verändern’, erläutert Dr. Petrioli. Diese unvorhersehbare Umgebung ist einer der Hauptfaktoren, welcher das Internet der Dinge unter Wasser von unserer Nutzung von WLAN und Internet an Land unterscheidet.

Die Notwendigkeit, zuverlässig auf die sich verändernde Umwelt zu reagieren, bedeutet letztlich, dass mehrere Roboter benötigt werden, so dass dann, wenn einer vorübergehend nicht kommunizieren kann, ein anderer die Signalgebung übernimmt. Roboterschwärme werden eine größere Anzahl von Sensoren mit sich führen und einen größeren Bereich abdecken, und dabei zusammenarbeiten und miteinander kommunizieren. Ihre Bediener werden ihnen Nachrichten über Modems senden, die akustische Wellen übertragen. Die Wellen werden zum Senden von Informationen moduliert, aber die Bandbreite ist begrenzt, was geringe Übertragungsgeschwindigkeiten bedeutet. Überdies bewegen sich Schallwellen nur mit 1 500 Metern pro Sekunde fort, was fünf Größenordnungen langsamer als die Funkkommunikation in der Luft ist. Und nur ein relativ begrenzter Tonumfang kann sich gut fortbewegen - hohe Töne kommen nicht so weit voran.

‘Diese Herausforderungen sind nur zu meistern, indem ein Spitzenteam mit Partnern aus Italien, Deutschland, Portugal, den Niederlanden, der Türkei und den Vereinigten Staaten zusammengerufen wird. Das ist weltweit die größte Herausforderung in diesem Bereich. Wir bringen Europa an die Spitze dieser Art von Forschungsarbeit’, sagt Dr. Petrioli. Die internationale Dimension des Ganzen bedeutet, dass die Labore des Projekts vielfältige Unterwasserzonen umfassen, etwa in der Ostsee und im Mittelmeer. ‘Wir wollen unsere Prototypen in Umgebungen bringen, die völlig verschiedene Herausforderungen darstellen, und strenge Tests durchführen.’

Erste Resultate in Sicht…

Die im Sommer 2014 in Porto durchgeführten Arbeiten bewiesen dem Team, das die ehrgeizigen Ambitionen der Foscher realisierbar waren: Die Komponenten kommunizierten miteinander, die Roboter reagierten auf ihre Befehle, die Wissenschaftler waren begeistert. In der Praxis konnten sie bereits dabei helfen, einen verlorengegangenen Container im Hafen von Porto wiederzufinden. ‘Die Wissenschaftler sind begeisterter als jemals zuvor, denn nun können wir sehen, dass wir auf dem richtigen Weg sind’, betont Dr. Petrioli.

Nun, da das Projekt über funktionierende Prototypen verfügt, besteht der nächste Schritt darin, neue Partner aus verschiedenen Schwerpunktbereichen hinzuzuziehen und Zentren vor der Küste der USA, in niederländischen Seen und im Schwarzen Meer vor der Türkei aufzubauen.


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