Roboter erforschen neues Gebiet selbständig

Forscher des Frauenhofer Institus für Optronik und Bildauswertung (IOSB) haben in Karlsruhe einen Landroboter entwickelt, der selbständig unbekannte Gebiete auskundschaftet und die gesammelten Daten gleichzeitig zu einer detaillierten Karte verarbeitet. Was im ersten Moment vielleicht nach uninteressanter Geographie klingen mag, eröffnet bei genauerem Hinschauen ungeahnte Möglichkeiten.

Der Einsatz von Robotern

Neben industriellen Arbeiten verrichten Maschinen schon heute eine unglaubliche Vielfalt an Aufgaben. So seien beispielsweise nur die Räumroboter genannt, die das Entschärfen von Bomben sicherer machen oder auch die metallenen Greifarme am Fließband, die komplexe Teile in Sekundenschnelle zusammenbauen können. Doch auch für schwer zugängliche Umgebungen sind mobile künstliche Intelligenzen zu unverzichtbaren Begleitern geworden. Die Roboter können mit Sensoren, Kameras oder Radar ausgestattet werden und nehmen den Menschen gefährliche Aufgaben ab. So stört es die „Blechkisten“ nicht wirklich, wenn diese auf verseuchtem Boden umherfahren, sich in einsturzgefährdeten Häusern befinden oder nach Erdbeben zwischen Schutt und Asche nach überlebenden Opfern suchen. Diese Arten von Robotern sind überaus nützlich und kaum noch wegzudenken, doch hatten sie bislang ein Problem: Unbekannte Wege oder Hindernisse konnten zur unüberwindlichen Hürde werden. Doch schon bald könnte sich eine neue Generation von High-Tech-Robotern zu den herkömmlichen Blechkollegen gesellen, die das Problem einfach beseitigt. Das Frauenhofer Institut stellte kürzlich einen mobilen Roboter vor, der unbekannte Gebiete selbständig in Kartenmaterial umwandeln und sich sicher durch das fremde Terrain bewegen kann.

Die Algorithmen-Toolbox macht es möglich

Der mobile Roboter, der möglichst detaillierte Karten von fremdem Terrain erstellen soll, hat es nicht einfach. So muss er seine eigene Position präzise feststellen können, diese immer wieder neu berechnen und gleichzeitig die Aufzeichnung der Daten zu einer Karte verarbeiten, die immer weiter verfeinert werden muss. Eine Mammutaufgabe, wie Diplomingenieur Christian Frey vom IOSB erklärte. Denn neben unzähligen Sensoren, die Abstände, Beschleunigung oder Höhen messen können, musste für den Roboter eine sogenannte Algorithmen-Toolbox entwickelt werden, welche die gemessenen Daten auch unmittelbar auswertet. Separate Kameras und Laserscanner nehmen die Umgebung zusätzlich wahr und unterstützen das Aufzeichnen der Karte. Durch die Rechenleistung  der Algorithmen-Toolbox kann der Roboter schließlich sämtliche gemessenen Werte zu seiner eigenen Lokalisierung benutzen, während er gleichzeitig die Kartierung des Geländes vornimmt. Diesen Vorgang der gleichzeitigen Selbstbestimmung und Kartenerstellung des Roboters bezeichnen die Wissenschaftler als „Simultaneous Localization and Mapping“, kurz SLAM.

Den optimalen Weg finden

Dem mobilen Roboter wird bei seiner Arbeit keinen Moment der Ruhe gegönnt. Denn schließlich muss nicht irgendein Weg gefunden und aufgezeichnet werden, sondern der für die jeweilige Situation am besten geeignete. Das kann der schnellste Weg sein, der kürzeste oder auch der mit dem geringsten Treibstoffverbrauch, so wie es die Situation eben erfordert. Doch um das zu gewährleisten, muss der Roboter seinen eigenen Weg immer wieder neu anpassen, seine Position ständig aktualisiert berechnen und alle Bewegungseinschränkungen wie seinen Wendekreis oder auch Hindernisse berücksichtigen.  Ändert sich ein Terrain, beispielsweise ein Erdbebengebiet durch ein Nachbeben, so muss der Roboter darauf reagieren und mithilfe der Algorithmus-Toolbox den Weg sofort neu berechnen.

Algorithmen-Toolbox ist flexibel und vielseitig einsetzbar

Die Aufgabe des Roboters ist keine leichte, aber eine sehr nützliche. Die Algorithus-Toolbox ist dabei so entwickelt, dass sie ohne Probleme in verschiedenen Roboter-Modellen Platz finden kann, wodurch sich beinahe unerschöpfliche Einsatzmöglichkeiten für die Roboter der Zukunft ergeben. Beispielsweise könnte man den Fortschritt in Rasenmäher-Robotern verwenden, die auf den Millimeter exakt arbeiten oder auch für blecherne Wachmänner, die mit Alarmgerätschaften ausgestattet selbstständig Gebäude ablaufen und bewachen können. Wer möchte, der kann die neue Robotertechnologie selbst einmal bestaunen. Auf der diesjährigen CeBIT vom 6. Bis 10. März werden die Forscher des Frauenhofer Instituts ihren Fortschritt am Stand E08 in Halle 9 vorführen.

Foto: © Fraunhofer IOSB

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