Montag, 04.07.2016

Forschung

Lübecker Unterwasserroboter bei Expedition „Uhrwerk Ozean“

Die vermessenen Meereswirbel haben vermutlich einen erheblichen Einfluss auf die Nahrungskette der Ozeane und unser Klima

Mit seinen schwarmfähigen Unterwasserrobotern MONSUN hat sich das Institut für Technische Informatik der Universität zu Lübeck erfolgreich an der meereswissenschaftlichen Expedition „Uhrwerk Ozean“ beteiligt. Das unter Leitung des Helmholtz-Zentrums Geesthacht, Zentrum für Material- und Küstenforschung, am 16. Juni gestartete Experiment dient der Erforschung von Meereswirbeln in der Ostsee.

Die am Lübecker Institut für Technische Informatik (Direktor: Prof. Dr.-Ing. Erik Maehle) entwickelten Unterwasserroboter MONSUN konnten im Rahmen der Expedition  erstmalig in einem realen Einsatz auf der Ostsee getestet werden. Bei MONSUN handelt es sich um einen circa 60 Zentimeter langen, zigarrenförmigen Roboter mit vier vertikalen und zwei horizontalen Propellern, der bis zu 20 Meter tief tauchen kann.

Das Besondere an MONSUN ist, dass nicht, wie heute üblich, ein einziger Roboter, sondern mehrere Roboter nach dem biologischen Vorbild eines Schwarms gemeinsam eine Aufgabe erledigen. Dazu kommunizieren die Roboter, ähnlich wie Delphine, über akustische Signale miteinander. Mittels optionaler Sonden werden unter anderem Temperatur, Salzgehalt und Druck des Wassers gemessen. Der Vorteil eines Schwarms ist dabei, dass die Messungen schneller, effizienter und zuverlässiger möglich sind als mit einem einzelnen Roboter. Fällt zum Beispiel einer der Roboter aus, können die übrigen die Mission trotzdem fortsetzen.

In dem zwölftägigen Experiment, bei dem erstmalig weltweit ein Zeppelin für die Meeresforschung zum Einsatz kam, suchten die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Gebiet zwischen Usedom und Bornholm nach Meereswirbeln, um diese zu vermessen. Die grundlegenden ozeanografischen Prozesse dieser kleinen Wirbel, die wie die Zahnräder eines großen Uhrwerks in einander greifen, sind nahezu unerforscht. Von dem Zeppelin und einem Motorsegelflugzeug aus wurden die Wirbel zunächst mit Infrarot-Kameras aufgespürt und ihre Position an die beteiligten Schiffe, die größtenteils auf Bornholm stationiert waren, per Funk durchgegeben. Drei der Schiffe waren unter anderem mit Schleppketten mit Messsonden ausgerüstet, um den Wirbel zu vermessen.

Von einem vierten, von der Universität zu Lübeck gecharterten Boot wurden zwei MONSUN-Unterwasserroboter ausgesetzt und ihnen ein Weg durch den Wirbel vorgegeben, den sie dann autonom abfuhren. Da unter Wasser das Satellitennavigationssystem GPS nicht funktioniert, mussten sich beide Roboter über akustische Signale untereinander abstimmen. Ein MONSUN blieb dabei an der Oberfläche und bestimmte seine Position per GPS. Ein weiterer MONSUN tauchte ab und fuhr den gleichen Kurs auf einer vorher festgelegten Tiefe synchron mit. Nach Ende der Mission wurden die Roboter vom Boot aus wieder eingeholt.

„Die Kommunikation zwischen den beiden Robotern hat gut funktioniert“, stellt Benjamin Meyer, M.Sc., fest, der MONSUN zusammen mit Cedric Isokeit, M.Sc., entwickelt hat. Prof. Maehle fügt hinzu: „Der nächste Schritt wird es sein, weitere MONSUN-Unterwasserroboter fertigzustellen und so einem Schwarm näher zu kommen. Wir hoffen damit, für die Meeresforschung, aber auch für andere Monitoring-Aufgaben wie zum Beispiel die Überwachung der Wasserqualität in Häfen oder der Unterwasserinspektion von Windrädern im Meer, eine neues, flexibel einsetzbares Instrument zu schaffen, das präzisere und kostengünstigere Messungen erlaubt als herkömmliche Methoden.“

Unter der Federführung von Prof. Dr. Burkard Baschek, Institutsleiter am Institut für Küstenforschung des Helmholtz-Zentrums Geesthacht, sind mehr als 40 weitere Ozeanografen an dem Experiment beteiligt - aus verschiedenen Gruppen des HZG, dem Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde, der Universität zu Lübeck, der Fachhochschule Aachen, dem Havariekommando Cuxhaven, der Freien Universität Berlin und dem Alfred-Wegener-Institut Bremerhaven. Aus den USA nehmen das Naval Research Laboratory und die Woods Hole Oceanographic Institution an „Uhrwerk Ozean“ teil. Während der Expedition lieferten das Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie die Strömungsvorhersagen und der Deutsche Wetterdienst die Wetterberichte.