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Von der NASA bis zur Europäischen Weltraumorganisation investieren Anleger Milliarden in die Entwicklung von Robotik- und KI-Anwendungen, die für den Einsatz in der Schwerelosigkeit geeignet sind. Diese inspirierende neue Technologie hat das Potenzial, Missionen zu unterstützen, Erkundungen zu erleichtern und vielleicht sogar die Umsiedlung auf einen anderen Planeten zu ermöglichen.


Quelle: Ioannis Oikonomou


5 robots pushing the frontiers of space exploration

Von Robby aus Alarm im Weltall bis hin zu den Star Wars-Ikonen R2-D2 und C-3PO – seit Jahrzehnten stellen wir uns Roboter im Weltraum vor. Heutzutage sind sie jedoch nicht mehr nur auf der großen Leinwand zu sehen, sondern werden immer mehr zur Realität.

Der Astronauten-Assistent

Nasa's R5 robot
Credit: Nasa

Das ist R5, auch Valkyrie genannt, ein über 1,80 Meter großer, 132 Kilogramm schwerer humanoider Roboter. Sie wurde entwickelt, um Astronauten bei einer Vielzahl von Aufgaben im Weltraum zu unterstützen. R5 ist vollständig batteriebetrieben und mit mehreren Aktoren ausgestattet, die einen 44-Grad-Bewegungsradius ermöglichen, verfügt über Greifhände für die Erledigung von Aufgaben sowie über Sensoren und Kameras in Kopf und Brust.

Ursprünglich wurde sie vom Johnson Space Center (JSC) für die DARPA Robotics Challenge 2013 gebaut, wurde jedoch später Teil der NASA Space Robotics Challenge. Seither arbeiten die Northeastern University, das Massachusetts Institute of Technology (MIT) und die University of Edinburgh in Schottland an der Software, die sie weltraumtauglich machen soll.

Das Hauptaugenmerk liegt darauf, dafür zu sorgen, dass sie Reparaturen wie die Wartung von Solar- und Elektromodulen durchführen sowie eigenständig Proben sammeln und Erkundungen durchführen kann. Sie macht sich gut und beweist, dass sie das Zeug dazu hat.

„Leider wird sie niemals in den Weltraum fliegen“, erklärte Murphy Wonsick, Doktorand an der Northeastern University im Interview mit Tech Crunch, „[…] aber die Idee ist, dass es eines Tages eine zukünftige Version von ihr dorthin schafft.“

Bau des „Moon Valley“

ispace rover
Credit: ispace, inc

Werden Menschen jemals auf dem Mond leben?

Hier kommt der unbenannte 3,7-Kilo-Rover von ispace.

Diese kleine, leichte Mobilitätsplattform in Form eines metallischen Käfers ist mit 3D-Kameras ausgestattet, die ihm einen 360-Grad-Blick gestatten, und wurde speziell für die Oberflächenerkundung entwickelt. Das Entwicklungsteam kann sich für die Zukunft jedoch noch eine weitere Verwendungsmöglichkeit vorstellen: Die Errichtung der ersten Unterkünfte auf dem Mond.

Welche Rolle wird er dabei spielen? Aufgrund seiner inhärenten Fähigkeit, Werkzeuge wie Bohrer und Manipulatoren zu verwenden, könnte der Rover von Unternehmen eingesetzt werden, um die Ressourcen zu extrahieren, die für den Bau unter Weltraumbedingungen erforderlich sind.

Aber das Team aus japanischen Wissenschaftlern hinter ispace hat sogar noch Größeres vor und dabei eine ganze Kolonie namens Moon Valley im Sinn, die vollständig von Robotern gebaut werden soll. Sie arbeiten bereits daran, ihre Vision umzusetzen, und planen bereits eine private Weltraummission im Jahr 2019.

„Auf der Mondoberfläche liegen potenziell Milliarden Tonnen Wasser vor, die eingesetzt werden könnten, um Energie für Raumfahrzeuge zu erzeugen oder Sauerstoff als Lebensgrundlage für Menschen bereitzustellen“, so Dr. John Walker, Chief Rover Engineer bei ispace.

„Unser Plan ist, Rover-Fahrzeuge einzusetzen, die die Mondoberfläche abfahren, um Daten zu sammeln und potenzielle Abbaustellen zu kartografieren. Gleichzeitig sammeln sie Umgebungsinformationen, um festzustellen, welche Gebiete auf dem Mond lebensfreundlich sein könnten.

„Mittels KI könnte ispace High-Level-Befehle – z. B. eine Region zu kartografieren – an ein ganzes Herr von Rover-Fahrzeugen senden, die dann selbständig entscheiden, wie sie durch unwegsames Gelände navigieren, Hindernisse umfahren und dabei berechnen, in welchen Gegenden Wasservorkommen am wahrscheinlichsten sind.

„Wenn wir die Mondoberfläche kartografieren und ermitteln, wo Wasserressourcen vorliegen, kann die Industrie eines Tages von der Erde auf den Mond expandieren, sodass Menschen auf dem Mond leben und arbeiten können.“

Der ispace Rover ist nicht der einzige Roboter, der auf Bauvorhaben auf dem Mond ausgelegt ist. Das Pacific International Space Center for Exploration (PISCES) verfügt bereits über einen Teleroboter für den Bau eines Landeplatzes, allerdings nur auf der Erde. In der Zwischenzeit arbeitet die Europäische Weltraumorganisation an 3D-gedruckten Unterkünften.

Eine schwebende Weltraum-Alexa

Airbus CIMON robot assistant
Credit: Copyright Airbus 2018

Zwischen Juni und Oktober 2018 nehmen der deutsche Astronaut Alex Gerst und seine Crew an der Mission Horizons der Europäischen Weltraumorganisation teil. Aber sie werden nicht alleine sein. CIMON, ein autonomer, schwebender Roboterkopf-Assistent, wird mit ihnen an Bord sein.

Der Bot wird von Airbus im Auftrag des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt entwickelt und verwendet eine Version von IBM Watsons künstlicher Intelligenz. CIMON verfügt über eine Kamera, um seine Umgebung sehen zu können, und eine digitale Stimme, mit der er Fragen beantworten und mit Astronauten interagieren kann, während sie Aufgaben durchführen.

Die Idee hinter CIMON ist, dass er anspruchsvolle Aufgaben weniger stressig macht. Er wird auch als Frühwarnsystem eingesetzt, um technische Probleme zu erkennen und zu vermeiden. Bevor er dies jedoch tun kann, wird seine eigene Sicherheitsfunktion – ein integriertes Navigationssystem – getestet, um das Risiko von Kollisionen mit Menschen oder der Ausstattung des Raumschiffs zu minimieren.

„CIMON wird das erste KI-basierte Missions- und Flugbegleitsystem sein“, erklärte Manfred Jaumann, Leiter Microgravity Payloads bei Airbus. „Wir sind das erste Unternehmen in Europa, das einen schwebenden Flugbegleiter, eine Art fliegendes Gehirn, zur ISS schickt und künstliche Intelligenz für die Crew an Bord der Weltraumstation entwickelt.“

Der Satellitenmechaniker

Artist's concept of Restore-L
Artist's concept of Restore-L. Credit: Nasa

Im Weltraum befinden sich Tausende von Satelliten, die nicht nur das Wetter vorhersagen, sondern auch Planeten und Galaxien erforschen, um uns ein besseres Verständnis vom Universum zu verschaffen.

Aber was passiert, wenn etwas schief läuft? Schließlich gibt es keine Mechaniker im Weltraum. Nun, zumindest bisher noch nicht.

Die NASA arbeitet derzeit an Restore-L, einem Roboter-Raumschiff mit allen Werkzeugen, Technologien und Techniken, die zur Verlängerung der Lebensdauer von Satelliten vor Ort erforderlich sind. Der Restore-L kann nicht nur greifen, warten, nachtanken und verlagern, sondern könnte sogar dabei helfen, das Problem von Weltraumtrümmern zu minimieren.

Wie funktioniert das? Restore-L wird mit einem autonomen Echtzeit-Navigationssystem ausgestattet sein, das Sensoren, Algorithmen und einen Prozessor verwendet, um den Weg zum Ziel zu finden. Darüber hinaus wird er über geschickte Arme, ausgefeilte Multifunktionswerkzeuge und ein Treibstoff-Transfersystem zur Bereitstellung der korrekten Treibstoffmenge mit der richtigen Temperatur und dem richtigen Druck verfügen.

Diese neue Technologie, deren Einführung für Mitte 2020 geplant ist, wird dafür sorgen, dass bei unseren satellitengestützten Weltraumerkundungen Störungen vermieden werden.

Erkundung per Marsbienen-Schwarm

Mars Opposition and Equinox
Mars Opposition and Equinox, Credit: Nasa/JPL/MSSS

Wir haben bereits von Roboter-Bienen gehört, die hier auf der Erde selbstständig Pflanzen bestäuben. Nun haben diese Insektendroiden nicht nur ein neues Design, sondern auch einen neuen Zweck – und zwar im Weltraum: die fortgeschrittene Erkundung des Mars.

Marsbienen, die zurzeit von Experten aus den USA und Japan für die NASA entwickelt werden, sollen in Schwärmen arbeiten, um das Terrain des roten Planeten zu kartographieren.

Außerdem sollen sie auf der Suche nach Methan, einem möglichen Lebenszeichen, Proben der dünnen Luft sammeln. Zwischen den Missionen kehren sie zu ihrem Basis-Rover zurück, um sich aufzuladen.

Diese schnellen Mikrobots von der Größe einer Hummel werden mit Sensoren und drahtloser Kommunikation ausgestattet sein, um Bilder und Messwerte an die Erde zu senden. Anstelle von Rotationsflügeln haben sie jedoch riesige Schlagflügel, die in etwa die gleiche Größe wie Zikadenflügel haben sollen, welche von 3 bis 6 cm reichen können.

Laut Chang-kwon Kang von der University of Alabama „[…] können Marsbienen eine erhebliche Unterstützung bei der Erkundungsmission auf dem Mars sein“. Und das zu einem Bruchteil der Kosten vorhandener Rover.

Robots and the future

Quelle: Ioannis Oikonomou


Inspirierende neue Robotik- und KI-Technologie hat das Potenzial, die Weltraumforschung zu verändern

Diese Einsätze von Robotern im Weltraum sind nur die Spitze des intergalaktischen Eisbergs.  Von Robotern auf anderen Planeten, die ihre Gestalt verändern, bis hin zu Gecko-Bots, die Weltraumtrümmer beseitigen, befinden sich noch viele weitere Designs und Prototypen in Entwicklung.

Indem sie uns ermöglichen, Aufgaben zu erledigen, die weit über unsere menschlichen Fähigkeiten hinausgehen, definieren diese intelligenten Technologien die Grenzen der Weltraumforschung auf spannende Weise neu.