Unterwasserroboter auf Tiefseekurs

Unter Wasser stößt der Mensch auch mit Pressluftflasche und Lungenautomat schnell an seine Grenzen. Unbemannte Unterwasserfahrzeuge, die per Kabel mit der Steuerzentrale verbunden sind, können hingegen lang und tief tauchen. Ferngesteuerte Tauchroboter werden heute bereits für Forschungs-, Inspektions- und Wartungsarbeiten genutzt.

Die Einsatzmöglichkeiten dieser Technik sind allerdings begrenzt durch die Länge des Kabels und das Fingerspitzengefühl des Navigators. Kein Wunder, dass Forscher an autonomen Unterwasserrobotern arbeiten, die sich unter Wasser orientieren und ohne menschliches Zutun Jobs erledigen können.

Mittlerweile gibt es AUVs (Autonomous Underwater Vehicles), die selbstständig Daten sammeln oder Proben nehmen, bevor sie zum Ausgangspunkt zurückkehren. »Für Routineaufgaben wie die Inspektionen von Spundwänden, Staumauern oder Schiffsrümpfen ist die Technik derzeit aber noch zu teuer«, erklärt Dr. Thomas Rauschenbach, Leiter des Anwendungszentrums Systemtechnik AST Ilmenau am Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB. Das kann sich bald ändern.

Zusammen mit Forschern an vier Fraunhofer-Instituten arbeitet Rauschenbachs Team derzeit an einer Generation von autonomen Unterwasserrobotern, die kleiner, robuster und billiger sein werden als die bisher gängigen Modelle. Die neuen AUVs sollen sich in klaren Bergstauseen genauso gut orientieren können wie im trüben Hafenwasser. Sie sollen für Arbeiten am Grund der Tiefsee ebenso geeignet sein wie für die Inspektion von fl achen Betonsockeln, auf denen Offshore-Windkraftanlagen montiert sind.

Die Ingenieure vom IOSB in Karlsruhe erarbeiten »Augen« für den Unterwasserroboter: Die optische Wahrnehmung basiert auf einer speziellen Belichtungs- und Analysetechnik, die eine Orientierung auch im trüben Wasser ermöglicht. Zunächst wird der Abstand zum Objekt ermittelt, dann sendet die Kamera einen Laserimpuls aus, der vom Objekt – etwa einer Wand – reflektiert wird. Mikrosekunden, bevor der refl ektierte Lichtblitz eintrifft, öffnet sich die Blende der Kamera, die Sensoren fangen die einfallenden Lichtpulse auf. Im Ilmenauer Institutsteil des IOSB entwickelt Rauschenbachs Team das »Hirn« des Roboters: Ein Steuerprogramm, das das AUV auch bei Strömung auf Kurs hält – etwa in einem bestimmten Abstand zu der Wand, die untersucht werden soll. Aus dem Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Forschung IBMT in St. Ingbert kommen der Silikonverguss für den druckneutralen Aufbau elektronischer Schaltungen und die »Ohren« des neuen Roboters: Ultraschallsensoren erlauben die Inspektion von Gegenständen.

Im Gegensatz zur bisher gängigen Sonartechnik verwenden die Forscher hochfrequente Schallwellen, die von Hindernissen refl ektiert und dann vom Sensor registriert werden. Mit Silikon sind die leistungsstarken und zugleich leichten Lithiumbatterien des Fraunhofer ISIT in Itzehoe ummantelt, die das AUV mit Energie versorgen. Ein spezielles Energiemanagement, das Forscher am Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT in Oberhausen entwickelt haben, spart Strom und stellt sicher, dass im Notfall die Daten gesichert werden, bevor dem Roboter die Energie ausgeht und er auftauchen muss.

Ein mit Augen, Ohren, Hirn, Motor und Batterien ausgerüsteter, zwei Meter langer, torpedoartiger Prototyp soll seine Jungfernfahrt noch in diesem Jahr im neuen Tauchbecken in Ilmenau machen. Das Becken ist nur drei Meter tief, aber »das reicht, um die entscheidenden Funktionen zu testen«, beteuert Rauschenbach. Im Herbst 2011 soll der autonome Tauchroboter dann erstmals vom Forschungsschiff POSEIDON aus in See stechen: Mehrere Tauchgänge in bis zu 6000 Meter Tiefe sind geplant.