Paderborner GET Lab forscht an den Rettern von morgen
Wenn nach einem Unglück die Umgebung verseucht ist, etwa durch Radioaktivit?t wie im japanischen Fukushima oder durch Giftstoffe wie aktuell im chinesischen Tianjin, wird die Rettung von Opfern für die Bergungsteams gef?hrlich. Rettungsrobotik ist dort wichtig, wo es für den Menschen brenzlig wird. ?Technische Systeme k?nnen Gefahrenherde und Opfer an der Unglücksstelle erkennen und die Bergungsteams informieren. Die Eins?tze von Rettungskr?ften k?nnen damit sicherer und effizienter werden“, erkl?rt Prof. Dr. B?rbel Mertsching vom Institut für Elektrotechnik und Informationstechnik der Universit?t Paderborn. Gemeinsam mit ihren 16 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern im GET Lab sowie mit Studierenden forscht Mertsching seit 2007 an den Grundlagen zur Entwicklung intelligenter Rettungsrobotik.
Denn bislang steckt die Technik noch in den Kinderschuhen: Aktuell sind so genannte teleoperierte Systeme in Betrieb. Das hei?t, der Mensch steuert den Roboter und gibt ihm Befehle. Der Roboter führt nur aus, kann weder selbst Schritte überlegen noch eigene Entscheidung treffen – im für Mensch und Maschine unbekannten Gel?nde ein Nachteil. ?Nach einem Unglück, beispielsweise einem Erdbeben, verlieren Landkarten ihre Gültigkeit. Das Navigieren im unwegsamen Gel?nde ist kaum m?glich und die Kommunikation zwischen Mensch und Maschine kann leicht abrei?en“, erl?utert Mertsching.
Gel?nde erkunden, Opfer ausfindig machen, Gefahrenquellen ausschalten
Daher ist es u. a. Ziel des GET Lab, einen autonomen Roboter zu entwickeln, der seine Umgebung selbst?ndig erkundet, Opfer sucht und zeitgleich für die Retter eine Karte erstellt. Der Roboter GETbot kann bereits mit Hilfe eines 2D-Laserscanners, einer Video- und 3D-Kamera seine Umgebung erfassen und m?gliche Wege identifizieren. Dabei erfasst GETbot mit dem Laser die Entfernung zu Objekten in seiner Umgebung und erstellt eine virtuelle Karte. Die Schwierigkeit dabei liegt im Gel?nde: Kommt der Roboter auf seinen vier R?dern ins Rutschen, misst er andere Entfernungspunkte als zuvor auf gerader Strecke. Die so erstellte Karte weicht von der vorherigen ab. ?Eine Herausforderung für uns ist es, hier ein Verfahren zu entwickeln, das diese Karten wieder übereinstimmen l?sst“, erkl?rt Mertsching. ?ber eine Thermokamera kann GETbot Temperaturunterschiede in seinem n?heren Umfeld ausmachen. Dabei werden kleinste Temperaturschwankungen sichtbar, so dass auch verschüttete Personen ausfindig gemacht und auf der Karte verzeichnet werden k?nnen. ?ber diese und weitere Sensoren k?nnen auch Vitalfunktionen von Opfern gemessen werden. So misst ein CO2-Sensor die m?gliche Atmung der Opfer.
Für Aufgaben, die eine hohe Gel?ndeg?ngigkeit fordern, wird ein weiterer Roboter teleoperiert betrieben: GETjag. Das kleine Raupenfahrzeug ist mit seinen vier einzeln beweglichen Kettenlaufwerken – Flipper genannt – in der Lage, auch unebene steile Untergründe zu befahren oder Treppen zu bew?ltigen. Eine Kamera an einem steuerbaren Arm liefert Bilder vom Terrain. GETjag ist, anders als GETbot, in der Lage, über den Greifer am Arm Kontakt zu den Opfern aufzunehmen. Mithilfe dieses Arms kann der Roboter auch Gefahrenquellen wie eine offene Gasleitung bew?ltigen, indem er das zugeh?rige Ventil durch ausgewertete 3D-Daten im Raum ausfindig macht und schlie?t. Hierzu arbeiten die Forscher an der automatisierten Erkennung von Gefahrenzeichen, die auf hochexplosive oder giftige Stoffe hinweisen. Mertsching: ?In Zukunft k?nnten Rettungsroboter solche Gefahrenquellen für die nachfolgenden Rettungsteams ausschalten und weitere Unglücke vermeiden.“
Von der Natur lernen
Dabei sind gerade die einfachen Fragen die kniffligsten für das Team: Wie erkennt der Roboter eigenst?ndig Hindernisse auf seinem Weg, um eine Kollision zu vermeiden? ?Um die Ecke schauen, Interesse an akustischen oder visuellen Reizen zeigen und darauf reagieren, das eigene Vorwissen nutzen – für den Mensch einfache Aufgaben sind für diese technischen Systeme bislang unm?glich“, erl?utert Mertsching. Bei der Grundlagenforschung in der Bildverarbeitung und Objekterkennung bedienen sich die Forscher der Vorbilder aus der Natur. Wie erfasst ein Mensch oder ein Tier seine Umgebung und wie l?sst sich dies auf ein technisches Modell übertragen? Für ihre L?sungen vereinen die Forscher Ans?tze aus Technik, Biologie und Psychologie. ?Diese Grenzbereiche zwischen Mensch und Maschine machen die Arbeit besonders spannend.“
Roboter im Wettbewerb
Neben 3D-Simulationen am Computer oder real im Paderborner Labor misst sich das GET Lab regelm??ig in nationalen und internationalen Wettbewerben mit anderen Teams, z. B. bei der Rettungsliga der Robocup German Open. In gro?en Hallen werden dabei Parcours aufgebaut. Auf unterschiedlichen Untergründen, unbekannten Streckenverl?ufen mit Spalten, Steigungen und Absenkungen müssen die Rettungsroboter Aufgaben zum autonomen und teleoperierten Verhalten in den Bereichen Erkundung, Greifen, Manipulation und Inspektion meistern. Vom Erstellen einer Karte und Auffinden einer Person bis hin zum Schlie?en eines Ventils müssen die Roboter nahezu reale Situationen eines Katastrophenfalls bew?ltigen. Bewertet werden die Teilnehmer nach den vom US National Institute of Standards and Technology (NIST) entwickelten Kriterien.
Zukünftig sollen die autonomen Systeme zusammenarbeiten. Damit dies gelingt, müssen die Roboter miteinander kommunizieren k?nnen. Zus?tzlich soll eine Drohne die bodengestützten Systeme GETbot und GETjag auf ihrer Suche nach Opfern im simulierten Katastrophengebiet unterstützten. Bis autonome Rettungsrobotersysteme den Menschen in der Katastrophenhilfe vollst?ndig ersetzen k?nnen, wird es allerdings noch dauern.
Weitere Informationen: http://getwww.uni-paderborn.de/research/current/rescue_robot_systems
Text: Vanessa Dreibrodt
