12.11.2013, 09:50 Uhr | 0 |

Erster SpaceBot Cup des DLR Roboter erkunden im Wettkampf simulierte fremde Welten

Zehn Teams wetteifern mit Erkundungsrobotern im ersten SpaceBot Cup des Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum an zwei Tagen um den Sieg. Es geht darum, Technologien auszuprobieren, mit denen in einer fernen Zukunft einmal fremde Planeten erkundet werden sollen.

SpaceBot Cup
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Robotik-Experten aus ganz Deutschland waren eingeladen, sich bis zum 30. November 2012 für den Robotik-Wettbewerb des DLR zu bewerben. Am 11. und 12. November treten zehn Teams im SpaceBot Cup 2013 gegeneinander an.

Foto: DLR

Es ist zehn vor zwölf Uhr an diesem 11. November 2013, einem sonnigen Herbsttag in Rheinbreitbach bei Bonn. Eifrig wuseln fünf junge Männer um ihren sechsbeinigen Roboter im Wüstensand herum und versuchen, ihn wieder startklar zu machen. Hilflos hängt der Roboter auf einen Pflock aufgebockt, die sechs Beine baumeln sinnlos herunter. Gnadenlos tickte bis dahin die Uhr gegen die Berlin Rockets, die jetzt angehalten wird. Es sind nur noch 40 Minuten und 26 Sekunden von einer Stunde übrig und der Roboter hat gerade erst die Landezone verlassen.

Die neun Konkurrenz-Teams aus ganz Deutschland wird der ungeplante Boxenstopp freuen. Denn es gilt, im ersten „SpaceBot Cup“ der am 11. Und 12. November 2013 in der Supercrosshalle im rheinländischen Rheinbreitbach vom Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR) veranstaltet wird, als Sieger auf das Treppchen zu kommen. Die Siegercrew darf ihren Roboter auf der Internationalen Luft- und Raumfahrtausstellung 2014 vor einem interessierten Fachpublikum vorstellen.

Jury entscheidet auf Abbruch

Doch dazu müsste der Roboter der Berlin Rockets erst einmal wieder auf die sechs Beine kommen, um seine Aufgaben zu erfüllen. Dann entscheidet die Jury aus Vertretern der Raumfahrtindustrie, der Robotik-Hersteller und -Anwender sowie der Wissenschaft auf Abbruch der Mission. Nun muss ermittelt werden, ob die Kommunikationsprobleme der Crew mit ihrem Roboter auf Mängel der bereitgestellten Infrastruktur zurückzuführen sind oder von den Berlin Rockets selbst verursacht wurden. Es geht bei der Bewertung dieser Frage auch um Fairness: Im Falle mangelhafter Infrastruktur bekommen die Rockets am Spätnachmittag eine zweite Chance. Im anderen Fall sind sie raus aus dem Rennen.

Dabei sah sich das Berlin Rocket-Team unter der Leitung von Raúl Rojas mit ihrem auf dem Namen „BAER“ hörenden Roboter – kurz für „Boden-, Analyse- und Explorations-Roboter“ –, der aussieht wie ein Aluminiumkasten mit sechs filigranen Beinen, an denen schwarz genoppte Räder kleben, gut aufgestellt im Kampf um die Erkundung eines simulierten fernen Planeten. „Die Beine wirken als Stoßdämpfer, was den Rädern ständigen Bodenkontakt erlaubt und die Stabilität der Maschine erhöht“, sagt Hamid Mobalegh, Postdoktorand und technischer Leiter des Projekts.

SpaceBot Cop ist eine Leistungsschau der Robotik

Das Sandkastenspiel für Techniker und Ingenieure hat einen ernsten Hintergrund. „In den kommenden Missionen zu anderen Planeten in unserem Sonnensystem werden Roboter eine Hauptrolle spielen. Da muss Deutschland bereit sein und die nötige Technologie in der Schublade haben“, sagt Dr. Gerd Gruppe, für das Raumfahrtmanagement zuständiger Vorstand des DLR. Der SpaceBot Cup ist insofern eine Leistungsschau der Robotik-Wissenschaftsszene und eine Möglichkeit, deutsche Technik für die internationale Bühne vorzubereiten. Es sind zehn Teams verschiedener Hochschulen und Forschungseinrichtungen, die an diesen beiden Tagen gegeneinander antreten. Sie kommen aus Berlin, Bonn, Buxtehude, Bremen, Chemnitz, Augsburg, Braunschweig und Karlsruhe.

Parcours stellt die widrigen Bedingungen auf einem unbekannten Planeten nach

Projektleiter Thilo Kaupisch und Daniel Nölke vom DLR haben in der Wettkampffläche der Supercrosshalle auf 20 mal 30 Metern einen Parcours aufgebaut, der die widrigen Bedingungen auf einem unbekannten Planeten nachstellt. Am Start ist der Nachbau eines Landefahrzeugs platziert und markiert die imaginäre Landezone. Bevor sie an der Reihe sind, bekommen die Teams eine grobe Karte der Umgebung mit Höhenprofil ausgehändigt. Die Regeln sind streng: Die Masse der in der Landezone abgesetzten Geräte ist aufgrund der Begrenzungen durch das Transportvehikel auf 100 Kilogramm beschränkt.

Teams müssen ohne GPS-Ortung auskommen

Die DLR-Projektleiter haben auf größtmögliche Authentizität ihrer Simulation geachtet. So repräsentiert die Steuerungs- und Kontrollstation des Roboters eine Bodenstation auf der Erde. Das bedeutet, dass das Team keinen direkten Zugriff auf das Robotersystem hat und auch keinen Sichtkontakt. Der Informationsaustausch zwischen Roboter und Station erfolgt ausschließlich über eine Telekommunikationsverbindung. Die Teams müssen bei der Überwachung und Steuerung ihres Roboters auch die typische Zeitverzögerung und Ausfälle der Kommunikationsstrecke berücksichtigen. Dazu kommt: Die Lokalisation des Roboters muss GPS-frei erfolgen. Ganz so, wie es im echten Leben wäre, wenn das Team einen fremden Planeten zu erkunden hätte.

Berlin Rockets bekommen eine zweite Chance am Spätnachmittag

Es ist Viertel vor Eins und die Jury gibt bekannt, dass es Mängel in der vom DLR bereitgestellten Infrastruktur war, die das frühe Aus für die Berlin Rockets mit ihrem BAER verursacht haben. Somit bekommen die Rockets am Spätnachmittag ihre zweite Chance. Inzwischen macht sich das Team um Professor Dr. Sven Behnke vom Institut für Informatik VI: Autonome Intelligente Systeme der Universität Bonn mit ihrem „NimbRo Centauro“ bereit für die Landung auf dem fremden Wüstenplaneten in der Supercrosshalle.

„Das Gelände ist für die Roboter eine große Herausforderung. Es geht bergauf und bergab über Sand und Steine. Zudem müssen sie zahlreiche Hindernisse umfahren und Aufgaben lösen“, sagt Teamleiter Behnke. So müssen die Roboter innerhalb von maximal 60 Minuten drei Gegenstände finden. Zwei davon, ein mit Wasser gefüllter blauer Becher und ein gelbes, quaderförmiges Batteriepack, sollen dann zum dritten, dem „Basisobjekt“, gebracht und auf eine genau vorgeschriebene Weise mit diesem verbunden werden.

Nicht wirklich real: Es gibt drei fünfminütige „Checkpoints“

Und das Ganze muss autonom funktionieren. Eine Fernsteuerung ist nicht möglich. Die Teams können die Aktionen ihrer Roboter lediglich in einem Kontrollzentrum mitverfolgen. Das allerdings mit einer Zeitverzögerung von zwei Sekunden. Zudem bricht die Funkverbindung nach 20 und 40 Minuten jeweils vollständig zusammen. Harte Realität wird simuliert, allerdings mit weichen Vorteilen gegenüber einer echten Mission auf einem fernen Planeten. Jedem Team stehen drei fünfminütige „Checkpoints“ zur Verfügung, in denen sie die Systeme fernwarten, also Konfigurationen ändern oder neue Software hochladen können. Zusätzliche Eingriffe werden von der fünfköpfigen Jury mit Strafminuten belegt, genauso wie nicht erfüllte Teilaufgaben.

„NimbRo Centauro“ aus Bonn erfasst Umgebung mit rotierendem Laserscanner

Es ist Punkt 13 Uhr: „NimbRo Centauro“ ist in der Landezone angekommen. Heftig rotiert ein 3D-Laserscanner oben auf dem rollenden Roboter immer im Kreis. Dieser Laserscanner erfasst in einem Umkreis von 30 Metern rundum die Umgebung, so dass der Roboter ein Geländemodell erstellen und damit die Befahrbarkeit der Umgebung einschätzen kann. Weitere acht Sensoren erfassen die Geometrie und Farbe des Untergrundes in allen Richtungen, damit der Roboter auch kleineren Hindernissen ausweichen kann. „Besonders interessant daran ist die umfangreiche Sensorik, die dem Roboter die autonome Bewältigung seiner Aufgaben ermöglichen soll“, berichtet Sven Behnke. Die Datenfülle der vielen Sensoren verarbeitet ein besonders schneller Rechner an Bord des Roboters.

Jedes Team hat 50 000 Euro bekommen

Vier HD-Kameras liefern der Crew in der Bodenstation Bilder, die zeigen, wie gut sich „NimbRo Centauro“ im schwierigen Gelände schlägt. „Wir verfügen über umfangreiche Erfahrungen bei Fußball- und Haushaltsrobotern und haben in diesen Disziplinen bei zahlreichen Wettbewerben Siege errungen – mit dem DLR SpaceBot Cup wagen wir uns allerdings erstmals in schwieriges Gelände“, sagt Professor Behnke. Jedes der zehn im März ausgewählten Teams wurde vom DLR mit 50 000 Euro gefördert.

Der Centauro greift den Wasserbecher mit äußerster Präzision

Um zehn Minuten nach 13 Uhr hält der Roboter an. Er steht vor dem mit Wasser gefüllten blauen Becher. Zentimeterweise schiebt er sich vor, ganz so, als stünde er vor einem Alien im Wüstensand. Dann bewegt sich ein Greifarm und schwenkt langsam in Richtung Becher. Quälend langsam fährt der Arm aus. Die Greifzangen öffnen sich. Sanft umschließen die weißen Greifarme den Becher. Vorsichtig hebt „NimbRo Centauro“ den Becher an und fährt den Greifarm wieder zurück. Mit äußerster Präzision schiebt der Roboter den mit Wasser gefüllten Becher in eine spezielle Halterung an der rechten Seit. „Das sieht gut aus“, jubelt Sven Behnke, „jetzt müsste der Deckel einrasten.“ Ein Klack, dann schnappt der Deckel zu.

Applaus vom Publikum für den Centauro

Ohne einen Tropfen Wasser zu verschütten, hat der Centauro die erste Aufgabe mit Bravour gelöst und bekommt von der Jury einen grünen Haken. Das Publikum in der Supercrosshalle applaudiert. 15 Minuten hat der Centauro für diese durchaus anspruchsvolle Aufgabe gebraucht.

Doch dann klemmt es gewaltig. Der Centauro nähert sich einem Felsbrocken und bleibt dann einfach stehen. Eigentlich sollte der Roboter hier das Batteriepack aufnehmen und es dann am Basisobjekt zusammensetzen. Um 13.40 Uhr reißt die Funkverbindung für vier Minuten ab. Die Crew wird allmählich nervös. Dann steht die Funkstrecke wieder, aber der Centauro dreht nur seinen 3D-Scanner im Kreis. Jetzt wirkt der orangefarbene Roboter ein wenig verloren im Wüstensand. „Es geht ja auch darum, Fehler zu finden und sie zu beheben“, kommentiert der Moderator der Live-Übertragung des Wettbewerbs im Internet. „Es ist besser, wenn so etwas hier im Wettbewerb passiert, als wenn auf einer echten Mission ein sehr viel teurerer Roboter verloren ginge.“

Auch bei Centauro entscheidet die Jury auf Abbruch

Es ist 13.54 Uhr, da bricht die Jury ab, weil die Aufgaben in diesen verbleibenden Minuten nicht mehr zu schaffen ist. Ironischerweise versteht der Centauro diesen Abbruch als Signal und setzt sich wieder in Bewegung. Sinnfrei kurvt er dann im Kreis durch die Wüste auf dem fernen Planeten in Rheinbreitbach.

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Von Detlef Stoller
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