Marsforschung: Vierbeiniger Roboter scannt Gestein in Rekordzeit
Marsforschung wird schneller: Halbautonome Roboter analysieren Gesteine in Minuten und liefern mehr Daten pro Mission.
Ein Laufroboter führt im Marslabor der Universität Basel analoge Tests durch. Auf dem Mars könnte er Gesteine sehr viel schneller analysieren als Rover wie Curiosity oder Perseverance.
Foto: Dr. Tomaso Bontognali
Die Erkundung des Roten Planeten ist heute vor allem eines: ineffizient. Rover wie „Curiosity“ oder „Perseverance“ legen oft nur wenige hundert Meter pro Tag zurück. Nicht wegen fehlender Technik, sondern wegen der Betriebslogik.
Jede Bewegung und jede Messung wird im Voraus geplant. Echtzeitsteuerung ist unmöglich. Die Signallaufzeit zwischen Erde und Mars beträgt je nach Konstellation zwischen vier und 22 Minuten. Forschende der ETH Zürich und weiterer Schweizer Institutionen haben nun ein Konzept getestet, das dieses Tempo deutlich erhöhen könnte.
Inhaltsverzeichnis
Das Ende der Fernsteuerung auf Schritt und Tritt
Bisherige Missionen leiden zusätzlich unter begrenzten Kapazitäten bei der Datenübertragung. Wissenschaftsteams müssen Operationen lange im Voraus festlegen. Die Rover agieren dabei äußerst vorsichtig, um in dem schwierigen Gelände keine Schäden zu riskieren. Das führt dazu, dass oft nur ein winziger Bruchteil des Landegebiets untersucht wird.
Vollständig autonom sind heutige Rover bereits in Teilbereichen. Neu ist hier jedoch die Kombination aus Mehrziel-Strategie und schneller Vor-Ort-Analyse mit kompakter Instrumentierung.
Der neue Ansatz setzt auf einen halbautonomen Erkundungsroboter. Anstatt unter ständiger Aufsicht nur einen einzelnen Felsen zu untersuchen, kann dieser Roboter mehrere Ziele nacheinander ansteuern und selbstständig Daten sammeln. Er benötigt keine menschlichen Eingriffe für jeden einzelnen Handgriff. In Feldtests zeigte sich, dass dieses System die Suche nach Rohstoffen oder Biosignaturen – also Hinweisen auf früheres Leben – erheblich beschleunigen kann.
Ein Vierbeiner im simulierten Marsstaub
Für die Tests nutzten die Fachleute den vierbeinigen Roboter „ANYmal“. Dieser ist mit einem beweglichen Arm ausgestattet, der zwei kompakte Instrumente führt:
- MICRO: Ein spezielles Mikroskop für Detailaufnahmen.
- Raman-Spektrometer: Ein Gerät, das mithilfe von Laserlicht die chemische Zusammensetzung von Materialien bestimmt. Es gilt als Schlüsseltechnologie der Planetenforschung, da es mineralogische Strukturen direkt vor Ort analysieren kann.
Die Versuche fanden im „Marslabor“ der Universität Basel statt. Dort wurden die Bedingungen auf fremden Planeten simuliert – inklusive speziellem Staub (Regolith), Lichtverhältnissen und Gesteinsarten. Der Roboter näherte sich den Zielen eigenständig, setzte seine Instrumente präzise auf und lieferte die Spektren zur Analyse an das Team.
Dabei nutzt das System Sensordaten und vordefinierte Entscheidungsregeln, um Ziele auszuwählen, anzufahren und Messungen durchzuführen. Eine permanente Steuerung durch die Erde ist nicht erforderlich.
Deutlicher Zeitvorteil gegenüber klassischer Steuerung
Die Ergebnisse der Testreihen sind eindeutig. Das Team verglich die traditionelle, engmaschige Steuerung durch Menschen mit der neuen Multi-Target-Strategie des Roboters.
- Menschliche Steuerung: Eine vergleichbare Analyse dauerte im Test rund 41 Minuten.
- Halbautonome Mission: Der Roboter benötigte für die gleiche Aufgabe lediglich zwischen 12 und 23 Minuten.
Damit reduziert sich die benötigte Zeit um bis zu rund 70 %. Trotz des höheren Tempos blieb die Qualität der wissenschaftlichen Daten hoch. In einem Durchlauf identifizierte der Roboter alle ausgewählten Gesteinsarten korrekt.
Dazu gehörten unter anderem Basalt, Gips und Karbonate, aber auch mondähnliche Materialien wie Dunit oder Anorthosit. Karbonate können Hinweise auf frühere Wasserprozesse liefern, während olivinreiche Gesteine wie Dunit für die Nutzung von Rohstoffen bei zukünftigen Missionen interessant sind.
Vom Einzelziel zur Flächenanalyse
Der eigentliche Vorteil liegt in der Skalierung. Während klassische Missionen nur wenige, sorgfältig ausgewählte Ziele untersuchen, ermöglicht der neue Ansatz ein flächiges Screening.
Große Areale könnten systematisch voranalysiert werden, bevor aufwendige Detailmessungen folgen. Statt einzelne Proben isoliert zu betrachten, entsteht ein Gesamtbild der Umgebung. Das erhöht die Chance, relevante Fundstellen überhaupt erst zu entdecken.
Vorfilter für die Wissenschaft
Das Ziel dieses Forschungsansatzes ist es nicht, den Menschen komplett zu ersetzen. Vielmehr sollen agile Roboter als schnelle „Vorposten“ dienen. Sie könnten große Areale scannen und die interessantesten Stellen markieren.
Die Fachleute auf der Erde müssten dann nur noch die vielversprechendsten Daten sichten und entscheiden, wo eine detaillierte Untersuchung lohnt.
„Dieser Ansatz könnte es uns ermöglichen, wissenschaftliche Untersuchungen auf Planetenoberflächen viel schneller durchzuführen. Roboter könnten viele Gesteinsbrocken rasch erkunden und charakterisieren und so Wissenschaftlern helfen, die interessantesten Proben für weitere Untersuchungen zu identifizieren“, so die Einschätzung aus dem Forschungsteam.
Grenzen und nächste Schritte
Offen bleibt, wie robust das System unter realen Marsbedingungen arbeitet. Staub, extreme Temperaturen und begrenzte Energie könnten die Autonomie einschränken. Auch Fehlentscheidungen bei der Zielauswahl lassen sich nicht vollständig ausschließen.
Gleichzeitig arbeiten Raumfahrtagenturen wie ESA und NASA bereits an ähnlichen Konzepten, etwa mit stärkerer Automatisierung und intelligenter Navigation.
Der Ansatz verschiebt die Marsforschung damit grundlegend: weg von punktuellen Einzelanalysen, hin zu systematischer, datengetriebener Erkundung. Entscheidend ist künftig nicht nur die Qualität einzelner Messungen, sondern die Menge verwertbarer Daten pro Missionstag.
Ein Beitrag von:
