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Fraunhofer IOSB

Mobile Roboter als Katastrophenhelfer

Seit dem 11. September 2001 arbeiten Forscher an roboter- und sensorbasierten Unterstützungssystemen für das Katastrophenmanagement. Insbesondere die Lageaufklärung zur Rettung von Opfern und zum Schutz der Einsatzkräfte ist im Fokus der Entwicklerteams. Zu Beginn dieses Jahres startete das Projekt Seneka.

Das Sensornetzwerk mit mobilen Robotern für das Katastrophen-management (kurz: Seneka) des Fraunhofer Instituts für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung (IOSB) soll eine situationsabhängige Vernetzung von Robotern und Sensoren zur schnelleren Lageaufklärung, und die Entdeckung von Opfern und Gefahrenquellen ermöglichen.

Die wichtigste Herausforderung bei der Bewältigung von großräumigen Naturkatastrophen wie Erdbeben, Überschwemmungen oder Industrieunfällen in Kernkraftwerken oder Chemieparks ist immer die schnelle und umfassende Aufklärung des Lagebildes, um eine rasche, zielgerichtete Suche von Opfern zu ermöglichen. Laut Angabe der International Search and Rescue Advisory Group Insarag sinkt die Überlebenschance nach einem Erdbeben nach Ablauf von 72 Stunden rapide. Bei aller gebotenen Eile müssen aber auch Gefahrenquellen wie austretende Giftgase oder nukleare Strahlung, die das Leben von Opfern und Rettungskräften bedrohen, möglichst schnell erkannt und ausgeschaltet werden.

Menschen und Hunde im Einsatz

Gegenwärtig praktizierte klassische Methoden des Katastrophenmanagements, die durch menschliche Rettungskräfte und Hunde, kaum durch Roboter und Sensoren geprägt sind, können den komplexen Anforderungen solcher Ereignisse immer weniger gerecht werden. Zwar besteht in Fachkreisen des Katastrophenmanagements kein Zweifel daran, dass nur durch die Einführung von sensor- und robotergestützten Technologien der Zeitaufwand für die Auffindung von Opfern sich stark verkürzen und somit mehr Menschenleben gerettet werden können. Es mangelt jedoch noch an geeigneten Konzepten für das optimale Zusammenspiel von Rettungskräften, Sensoren und Robotern.

Schon in New York wurden erstmals gute Erfahrungen mit Erkundungs-Robotern gemacht, die zuvor nur bei der Brandbekämpfung oder zur Bombenentschärfung eingesetzt wurden. Jüngste Erfahrungen der Nuklear-Katastrophe von Fukushima 2011 lassen jedoch erkennen, dass der Beitrag einzelner sensorbasierter Boden- oder Luftroboter für die Lageaufklärung sowie für die Suche von Opfern und Gefahrenquellen allein aufgrund der großen Inspektionsfläche in der Praxis oft noch wirkungslos ist. Effizientes und wirkungsvolles Katastrophenmanagement erfordert die flexible situationsgetriebene Vernetzbarkeit von unterschiedlichen Robotern und Sensoren mit den Rettungskräften. Mit Seneka soll ein Beitrag geleistet werden, diese Lücke zu schließen.

Koordination und Kommunikation

Die Projektidee von Seneka besteht darin, im Katastrophenfall den Einsatz- und Rettungskräften dynamisch vernetzbare Sensoren und Roboter zur Seite zu stellen, um dadurch die beiden für die Rettung von Menschenleben wichtigsten Phasen des Katastrophenmanagements – die Aufklärung des Katastrophengebiets sowie die Suche nach Opfern und Gefahrenquellen – wesentlich zu verkürzen. Schon in dieser Aufklärungsphase spielt die Vernetzung eine Rolle. "Bevor wir Menschen helfen können, müssen wir sie finden. Dafür setzen wir Boden- und Luftroboter, zum Beispiel Quadrocopter, sowie weitere autonome Sensoren ein, die sich wie ein intelligenter Schwarm über ein weites Gebiet aufteilen und so in kurzer Zeit eine große Menge an relevanten Daten zusammentragen", erklärt Projektkoordinator Dr. Helge-Björn Kuntze vom Fraunhofer IOSB. Dabei kommen sowohl Radar und Laserscanner zum Einsatz als auch optische Kameras.

Die Geräte müssen untereinander kommunizieren können. Ein Hand-in-Hand arbeitendes, dynamisches Netzwerk aus Softwareagenten, in dem die unterschiedlichsten Datenformate zusammenlaufen und interpretiert werden, verbindet die einzelnen Hardwarekomponenten. Die Datenübertagung muss über ein zuverlässiges und sicheres drahtloses Netzwerk erfolgen. Hier kommt das S-Net des Fraunhofer IIS zum Einsatz. Eine eigens entwickelte Bodenkontrollstation dient als lokaler Datensammel- und Sensorsteuerungsstützpunkt. Hier kann auf Vorarbeiten aus den Projekten: "Aufklärung mit Miniaturfluggeräten Amfis" und "Autonome Multisensorielle Roboter für Sicherheits-Anwendungen Amros" im Fraunhofer IOSB zugegriffen werden.

Autonom im Schwarm agieren

Auch müssen die Roboter in die Lage versetzt werden, bei ihrer Pfadplanung Kollisionen zu vermeiden und sich im Schwarm kollaborativ zu verhalten. Sie müssen sich also über ihre aktuelle Umwelt informieren und flexibel auf neu auftauchende oder bestehende Hindernisse reagieren können. Bei ihrer Erkundungsfahrt erstellen sie gleichzeitig eine aktuelle Karte ihrer Umgebung. Die dazu notwendigen Autonomiefähigkeiten gehören zu den anstehenden Entwicklungsaufgaben.

Beteiligt an dem Großprojekt sind die Fraunhofer-Institute für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB in Karlsruhe, Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart, Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS in Sankt Augustin, Integrierte Schaltungen IIS in Erlangen und Physikalische Messtechnik IPM in Freiburg. Außerdem stehen das THW und die Feuerwehren in Berlin und Mannheim als potentielle Endabnehmer den Wissenschaftlern beratend zur Seite.

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Robotersysteme

Unterstützung in menschenfeindlicher Umgebung

Müssen chemisch verseuchte Areale saniert oder kerntechnische Anlagen zurückgebaut werden, sind die Arbeiter – allen Vorsichtsmaßnahmen und Schutzausrüstungen zum Trotz – erheblichen Gesundheitsrisiken ausgesetzt. Künftig sollen Robotersysteme solche Dekontaminationsarbeiten ausführen, damit Menschen der Gefahrenzone fernbleiben können.

Foto: Fraunhofer IOSB

Sicherheitsforschung

Flugroboter und digitale Lagetische als Helfer

Am 12. Juli 2012 trafen sich im Fraunhofer IOSB Premium-Partner der BDSW Sicherheitsforschungskooperation sowie Sicherheitsakteure zu einer Informationsveranstaltung zu aktuellen Forschungsprojekten.

Foto: Jörg Brinckheger/ Pixelio.de

U.T.Sec-Konferenz 2017

Autonome Technologien und UAV

Wenn am 2. und 3. März 2017 in Halle 12 des Messezentrums Nürnberg erstmals die neue Veranstaltung U.T.Sec – Unmanned Technologies & Security an den Start geht, wird die Fachausstellung durch ein breit gefächertes Konferenzprogramm zu zukünftigen Einsatzgebieten von unbemannten Systemen beziehungsweise „Drohnen“ ergänzt.

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Fernerkundung

Der Blick von ganz oben

Als die Gemini- und Apollo-Raumschiffe Mitte der 1960er Jahre erstmals Fotos lieferten, auf denen der blaue Planet als Ganzes statt nur in Ausschnitten zu sehen war, schlug die Geburtsstunde der modernen Fernerkundung (FE). Enthusiasten sprachen seinerzeit von der „dritten Entdeckung der Erde aus dem All“.