Software zur Simulation 08.04.2020, 07:00 Uhr

Roboter auf gemeinsamer Mission – Sie erkunden den Mars

Noch ist es nur eine Simulation: Wissenschaftler der Universität Bremen haben ein realistisches Szenario geschaffen, um einen Forschungseinsatz auf dem Mars proben zu können. Unterschiedliche Roboter arbeiten dafür zusammen – zumindest virtuell.

Simulation Mars-Mission

Verschiedene Roboter schwärmen auf dem Mars aus - das ist virtuelle Realität.

Foto: Universität Bremen

Besonders einladend wirkt der Mars ja nicht gerade. Mit Windgeschwindigkeiten von bis zu 400 Stundenkilometern fegen Staubstürme über ihn hinweg, während die Temperaturen im Verlauf eines Tages gerne mal um 150 Grad Celsius schwanken können – auf klirrende Kälte mit weniger als 100 Grad minus folgen sommerliche Temperaturen. Doch schon diese extremen Bedingungen üben eine große Faszination aus. Außerdem vermuten Forscher, dass der Mars eine ähnliche Entstehungsgeschichte hat wie die Erde. Womöglich könnten wir also eine Menge über unseren eigenen Lebensraum lernen, wenn es gelänge, den Mars zu erkunden.

Außerdem ist der Mensch schlicht und einfach neugierig und will mehr wissen über diesen roten Planeten, der ebenfalls um die Sonne kreist, wenn auch viel langsamer als die Erde. Ohne Frage ist seine Erforschung daher eines der wichtigsten Ziele der internationalen Raumfahrt für die kommenden Jahrzehnte. Doch leicht wird das nicht werden. Denn durch die äußeren Bedingungen vor Ort wäre eine bemannte Erkundungsmission für Menschen viel zu gefährlich. Außerdem ist der Mars dafür eigentlich zu weit weg. Näher als knapp 54,5 Millionen Kilometer kommt er nie an die Erde ran, meistens liegt die Entfernung bei mehreren Hundert Millionen Kilometern. Also setzt die Wissenschaft auf Roboter, und Wissenschaftlers des Technologie-Zentrums Informatik und Informationstechnik (TZI) der Universität Bremen ist es jetzt sogar gelungen, den Einsatz schon mal zu proben – in einer virtuellen Realität.

Schnittstellen für unterschiedliche autonome Robotersysteme

Für ihre virtuelle Forschungsmission haben die Wissenschaftler 40 Quadratkilometer des Canyon-Systems „Valles Marineris“ auf dem Mars programmiert. Das Testumfeld ist dafür gedacht, eine realistische Simulation von Robotereinsätzen und Funknetzen zu ermöglichen, natürlich unter den Umweltbedingungen, die der Mars bietet. Eine weitere Herausforderung bestand für die Forscher darin, die Zusammenarbeit verschiedener autonomer Roboter zu gewährleisten. Dafür brauchten sie Schnittstellen zu den speziellen Softwaresystemen.

Zunächst einmal lag der Fokus aber auf der virtuellen Umgebung. Die Wissenschaftler bildeten die sogenannten „Mariner-Täler“ nach. Als Basis nutzten sie Scans der Nasa. „Die Region wurde ausgewählt, weil dort Rohstoffe vermutet werden, die für spätere bemannte Missionen und menschliche Siedlungen auf dem Planeten nützlich wären“, sagt Gabriel Zachmann, der das Projekt leitet. Diese Gegend sei auch eine vielversprechende Region für die Suche nach Hinweisen auf extraterrestrisches Leben. Denn zumindest früher, als der Mars vielleicht noch ein anderes Klima hatte, könnte es dort Mikroorganismen gegeben haben.

Realistisches Szenario in virtueller Realität

Je abwechslungsreicher das Terrain ist, desto vielfältiger müssen auch die Fähigkeiten der Roboter sein. Die Forscher haben daher sehr unterschiedliche Exemplare ausgewählt – einige können klettern, andere fliegen oder Nutzlasten transportieren. Für die Kommunikation wird außerdem Netzwerk aus kleinen, Funk-basierten „Leuchttürmen“ („Beacons“) benötigt, damit die Roboter jederzeit ihre Position bestimmen können.

Zu einer realistischen Simulation gehört es natürlich auch, dass die Besonderheiten des Mars in die Entwicklung der Software einbezogen wurden, etwa die Schwerkraft, die Bodenbeschaffenheit und die extremen Temperaturen.

„Dafür mussten zunächst enorme Datenmengen verarbeitet werden, damit eine realistische, dreidimensionale Darstellung der Landschaft entsteht“, sagt Zachmann.

Probleme im Vorfeld erkennen und beheben

Wenn man bei einer virtuellen Realität von einem Praxistest sprechen kann, hat das System der Uni Bremen diesen jedenfalls bestanden – und die Forscher nutzen die Erkenntnisse, um ihre Mars-Mission weiterzuentwickeln. Beispielsweise ist bereits deutlich geworden, dass die autonomen Roboter auf dem Mars andere Algorithmen benötigen als auf der Erde, um ihre Position bestimmen zu können. Nach Aussage der Wissenschaftler hänge das mit den sehr eintönigen Farben des Geländes zusammen – die Roboter hätten es schwer, Landmarken mit hohem Wiedererkennungswert zu identifizieren. Genau darum geht es dem Forscherteam: Durch die Simulation in der virtuellen Realität können sie eventuelle Probleme bereits im Vorfeld beseitigen. So steigt die Wahrscheinlichkeit, dass beim tatsächlichen Einsatz alles gut läuft.

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