Zu gefährlich für Menschen? – Autonome Roboter helfen!

Ob unter Wasser, in der Luft, bei starker Hitze oder radioaktiver Strahlung: Rettungskräfte riskieren im Einsatz oft ihr Leben. Um das zu verhindern, fördert das BMBF Forschung zu Drohnen und Roboter, die gefährliche Aufgaben übernehmen sollen.

Die Fotomontage illustriert die Suche, Ortung und Lagebilderstellung im Seenotfall mit Hilfe des Larus-Systems. Die Seenotretter der Deutschen Gesellschaft zur Rettung Schiffbrüchiger (DGzRS) beteiligen sich an einem Forschungsprojekt zum Einsatz unbemannter Luftfahrtsysteme im Seenotfall, um unter erschwerten Einsatzbedingungen die Kommunikation zu verbessern und Datenaustausch zu ermöglichen. © Foto Schiff: DGzRS/Michael Rauhe, Bild UAV: Hanseatic Aviation Solutions, Collage: TU Dortmund

Autonome und teilautonome Roboter sollen künftig zunehmend Aufgaben übernehmen, die für Menschen zu gefährlich sind. Um die Entwicklung von intelligenten Robotersystemen zu ermöglichen, die in menschenfeindlichen Umgebungen eingesetzt werden können, fördert das Bundesforschungsministerium im Rahmenprogramm „Forschung für die zivile Sicherheit“ zwei nationale Kompetenzzentren und zahlreiche weitere Projekte.

Die Kompetenzzentren

Beim Rückbau kerntechnischer Anlagen oder bei der Sanierung von giftmüllbelasteten Deponien können Menschen trotz guter Schutzausrüstungen erheblichen Gesundheitsrisiken ausgesetzt sein. Hier sollen Roboterplattformen dabei helfen, das Ausmaß der Verunreinigung oder der Strahlungsbelastung schneller zu erkennen, damit zuständige Behörden und Leitstellen gezielter reagieren und die Einsatzkräfte vor Ort bestmöglich unterstützt werden können. Ist beispielsweise die Belastung durch Giftstoffe und Strahlung zu hoch, können automatisierte und fahrerlose Bagger verseuchtes Material entfernen, um es dann an geeigneter Stelle zu entsorgen – ohne dass sich Rettungs- und Einsatzkräfte in Gefahr bringen müssen. Je nach Aufgabe und je nachdem, wie sehr die Einsatzkräfte in unvorhergesehenen Situationen steuernd eingreifen müssen, sollen die Systeme mehr oder weniger selbstständig arbeiten.

Roboter und Drohnen sollen den Einsatzkräften nicht nur ein besseren Überblick über die Lage beschaffen, sondern auch dort helfen, wo es für den Menschen zu gefährlich wird. © BMBF

Ziel des vom Fraunhofer Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB in Karlsruhe koordinierten Kompetenzzentrums „Robotersysteme für die Dekontamination in menschenfeindlichen Umgebungen“ (ROBDEKON) ist es, genau für solche Einsatzszenarien passgenaue Roboter zu entwickeln. Dabei wird auch geprüft, inwieweit durch neue Methoden und Technologien der Künstlichen Intelligenz die Einsatz- und Lernfähigkeit der Robotersysteme kontinuierlich verbessert werden kann. Mit dem Kompetenzzentrum wird zudem eine zentrale Anlaufstelle für roboterbasierte Dekontaminationen geschaffen. Zusammen mit Anwendern und Industriepartnern werden hier vielversprechende Ansätze aus der Forschung in praxistaugliche Systeme überführt.

Mit dem „Deutschen Rettungsrobotik-Zentrum“ (A-DRZ) wird in Dortmund unter Leitung der dortigen Feuerwehr ein weiteres Kompetenzzentrum aufgebaut, das Hilfsroboter für die Feuerwehr entwickeln soll und in Deutschland vorhandenes Know-how in der Rettungsrobotik bündelt. Viele Feuerwehrleute und Rettungskräfte werden jedes Jahr trotz guter Ausbildung, bewährter Einsatzkonzepte und zuverlässiger Schutzausrüstung bei ihrer Arbeit verletzt.

Ziel des Zentrums ist es deshalb, die Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (z. B. die Feuerwehren, das Deutsche Rote Kreuz oder das Technische Hilfswerk) mit der Entwicklung von mobilen Robotersystemen zu unterstützen, die zukünftig immer mehr Rettungsaufgaben übernehmen können. Beispielsweise können mobile Löschroboter bei einem Brand in einer Chemiefabrik mit giftiger Rauchentwicklung leichter bis zu dem Brandherd vordringen und diesen dann direkt bekämpfen.

Um die Einsatztauglichkeit solcher und anderer Roboter testen zu können, entsteht auf dem ehemaligen Dortmunder Industriegelände Phoenix-West ein Reallabor, ein sogenanntes „Living Lab“. Auf unterschiedlichen Versuchsflächen können dort Forschende und Firmen gemeinsam mit Anwendern die Einsatzfähigkeit mobiler Robotersysteme in vier realistischen Testszenarien erproben: bei Feuer, beim Einsatz in einem eingestürzten Gebäude, beim Aufspüren von Gefahrstoffen sowie bei der Bewältigung von Hochwasserlagen.

Weitere Informationen zu den Kompetenzzentren:

Robotersysteme für die Dekontamination in menschenfeindlichen Umgebungen (ROBDEKON)

Aufbau des Deutschen Rettungsrobotik-Zentrums (A-DRZ)

Neben den beiden Kompetenzzentren fördert das BMBF weitere Forschungsprojekte, die sich mit Robotersystemen befassen, welche in der Luft, im Wasser und an Land eingesetzt werden können.

Autonome Systeme in der Luft

Unbemannte Fluggeräte oder Drohnen, die entweder ferngesteuert oder autonom eingesetzt werden, spielen bei der Lageerkundung und Personensuche eine immer größere Rolle. In unterschiedlichen Projekten werden hierzu spezifische Lösungen erforscht, bei denen die Drohnen je nach Anwendungsfall mit Kameras und Sensoren sowie Kommunikations- und Übertragungstechnik ausgestattet werden.

In der Seenotrettung können zum Beispiel Flügel-Drohnen bei der Suche nach im Wasser schwimmenden oder treibenden Menschen verwendet werden. Sie können auch bei starken Winden und hohem Wellengang eingesetzt werden. Dabei können sie große Bereiche selbstständig absuchen. Über hochentwickelte Kamerasysteme können sie auch bei schlechten Sichtverhältnissen Menschen zuverlässig orten. Bei der Rettung von Menschen, die unter Trümmern verschüttet sind, wird u.a. eine Drohne mit einem so genannten Bio-Radar eingesetzt. Diese erkennt etwa Lebensfunktionen wie  die Atmung. Sie werden überall dort eingesetzt, wo akute Einsturzgefahr besteht und Rettungskräfte mit Suchhunden nicht eingesetzt werden können.

Zudem erforschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler den Einsatz von Drohnen bei der Lageerkundung bei Großbränden oder Chemieunfällen in Industriegebieten. Feuerwehr- und Rettungskräfte können sich vor Ort mit Hilfe von Daten, die Drohnen über Wärmebildkameras oder Gas-Sensoren aufnehmen und übertragen, sehr viel schneller ein genaues Bild der Lage machen und z.B. die Entstehung und Ausbreitung giftiger Brandgaswolken verfolgen. So können noch schneller Maßnahmen zur Evakuierung eingeleitet oder gezielter Hinweise an betroffene Bürgerinnen und Bürger weitergegeben werden – wie etwa die Aufforderung, Türen und Fenster geschlossen zu halten.

Weitere Informationen zu den Projekten:

AISTEC

LARUS

FOUNT2

EINS3D

EffFeu

Autonome Systeme unter Wasser

Unterwasserroboter können deutlich länger und effektiver unter Wasser tätig sein, als es Tauchern möglich wäre. Wenn beispielsweise eine dauerhafte Überwachung nötig wird, kann dies nur von automatischen Systemen übernommen werden, die zeitweise oder auf längere Dauer installiert werden und mit der dafür erforderlichen Sensortechnik ausgestattet sind.

Ein Projekt entwickelt autonome Unterwasserfahrzeuge, die im Schwarm operieren können und trinkwassergefährdende Schadstoffe entdecken, die illegal in Gewässer eingeleitet wurden. © Universität zu Lübeck

So wurde etwa ein Unterwasserroboter entwickelt, der unter anderem bei der Überwachung von Hafenanlagen eingesetzt werden kann. Die mit Sensoren zur Detektion von Schweröl und Chemikalien ausgerüsteten kleinen Unterwasserfahrzeuge agieren im Schwarm und können in Hafenbecken oder in Flüssen erkennen, ob und in welchem Ausmaß beispielsweise trinkwassergefährdende Schadstoffe illegal in Gewässer eingeleitet wurden.

Für einen anderen Anwendungsfall wurde erforscht, wie Unterwasserroboter für die Überprüfung kritischer Infrastrukturen eingesetzt werden können, um beispielsweise während und nach Hochwasserereignissen beschädigte und unterspülte Brückenfundamente zu entdecken. Auf diese Weise können Aussagen über den Zustand überfluteter Verkehrswege in Überschwemmungsgebieten zuverlässiger getroffen werden, so dass die betroffene Bevölkerung sicher evakuiert oder Versorgungswege zügiger wieder hergestellt werden können.

Weitere Informationen zu den Projekten:

MoSAIk

FloodEvac

Autonome Systeme an Land

Sandsäcke zu befüllen und Deiche zu befestigen ist eine schwere körperliche Arbeit, die bei Hochwasser oft von hunderten freiwilligen Helferinnen und Helfern verrichtet wird. Dank eines Forschungsprojektes könnten bald autonom agierende Maschinen – ganz ohne menschliche Arbeitskraft – Textilschläuche mit Sand befüllen und sie am gewünschten Ort ablegen. Diese Maschinen können ebenfalls brechende Deiche stabilisieren, ohne dass sich Menschen dafür in Gefahr begeben müssen.

Roboterplattformen sollen zukünftig verdächtige Gepäckstücke mit einer ganzen Reihe von Sensoren genau durchleuchten können, ohne dass sich Menschen in Gefahr begeben müssen. © Landeskriminalamt Baden-Württemberg

Auch herkömmliche Bau- und Arbeitsfahrzeuge wie Traktoren können mit einem „Autonomie-Kit“ so umgerüstet werden, dass sie sich fahrerlos fortbewegen. Bagger und LKW können dann beispielsweise versperrte Verkehrswege freiräumen oder bei Bergungsarbeiten unterstützen. Auf diese Weise müssen teure Spezialfahrzeuge nicht mehr in großer Stückzahl vorgehalten oder mühsam zum Einsatzort transportiert werden.

Ein weiterer wichtiger Forschungsansatz besteht darin, Lösungen zu entwickeln, mit denen Einsatzkräfte für sie potenziell gefährliche Situationen besser einschätzen können. Auch hier können zukünftig ferngesteuerte Roboterplattformen diese Aufgabe übernehmen. Je nach Lage werden sie mit den entsprechenden Greifarmen zur Probenahme sowie unterschiedlichen Kameras und Sensoren ausgestattet. Mit den so aus sicherer Entfernung gewonnenen Untersuchungsmaterialien oder ermittelten Daten können die Einsatzkräfte vor Ort dann gezielt weitere Maßnahmen einleiten, ohne sich selbst in Gefahr zu begeben. Auch bei der Überprüfung verdächtiger Gegenstände oder Gepäckstücke auf Spreng- oder Brandvorrichtungen können ferngesteuerte Roboter mit Röntgenvorrichtungen und Sensoren viel gefahrloser Aufschluss über den Inhalt geben, ohne dass sich Einsatzkräfte nähern – oder diese sogar öffnen müssen.

Weitere Informationen zu den Projekten:

TAMMOS

AKIT

DRIEM2

DURCHBLICK