Robotertechnik

Weltpremiere: Eine Katze auf Tauchfahrt


Bremen. Den 6. März 2012 wird Benjamin Leipold nicht mehr vergessen. „Das war mit Abstand der aufregendste Tag in meinem Berufsleben“, erzählt der Fachinformatiker des Bremer Unternehmens Atlas Elektronik. Damals tauchte das unbemannte Unterwasserfahrzeug „SeaCat“ sieben Stunden lang durch einen 24 Kilometer langen Trinkwassertunnel in der Schwäbischen Alb.

Erst als das 2,5 Meter lange, zigarrenförmige Fahrzeug am Ende des Stollens unbeschadet auftauchte, sank Leipolds Blutdruck wieder auf Normalmaß. Kein Wunder, war doch der Tauchgang eine Weltpremiere. Erstmals war es gelungen, einen weitgehend autonomen Tauchroboter durch einen mit Trinkwasser gefüllten Tunnel fahren zu lassen.

Die Erfolgsgeschichte ist beispielhaft für Forschungs- und Entwicklungsarbeiten deutscher Unternehmen. Drei Jahre lang hatte das sechsköpfige Team der Bremer Ingenieure und Techniker das Trägerfahrzeug entwickelt, gefördert vom Wirtschaftsministerium.

SeaCat, zu Deutsch Seekatze, gehört zu einer ganzen Familie von unbemannten Unterwasserfahrzeugen, die der norddeutsche Marine-Elektronikkonzern seit dem Jahr 1975 entwickelt und baut. Die meisten Fahrzeuge sind für militärische Anwendungen konzipiert: Vorläufer von SeaCat suchen vor allem Minen am Meeresgrund oder in der Wassersäule.

Mit der Seekatze will das Unternehmen nun neue zivile Märkte, etwa in der Offshore-Windkraft-Industrie, in der Öl- und Gasbranche, im Umweltschutz und in der Meeresforschung, erobern.

Unbemannte Unterwasserfahrzeuge werden in zwei Gruppen unterteilt: in die Remotely Operating Vehicles (kurz ROV), die über Kabel gelenkt werden. Und in Autonomous Underwater Vehicles (AUV). Sie können selbstständig fahren.

Und genau darin liegt die große technische Herausforderung. „SeaCat muss auch ohne Kabelverbindung eigenständig navigieren können“, sagt Projektleiter Sven-Christian Hesse.

Weil die Kommunikation nur eingeschränkt durch spezielle Unterwassermodems möglich ist, kann das Fahrzeug keine großen Datenmengen in Echtzeit liefern. Auch eine Unterstützung durch GPS ist nach dem Abtauchen nicht mehr möglich.

„Wir mussten deshalb alternative Navigationsmöglichkeiten finden“, berichtet Hesse. SeaCat arbeitet mit hochgenauen Lagesensoren (Kreisel), welche durch Sonare und Drucksensoren gestützt werden, um sich unter Wasser zu orientieren. Der Kopf des Fahrzeugs kann je nach Anwendung mit verschiedenen Geräten bestückt werden.

5 Kameras im Kopf helfen dem Fahrzeug bei der Orientierung

Für die Tauchfahrt unter der Schwäbischen Alb erhielt es einen Kopf mit fünf Kameras – vier blicken seitlich und eine nach vorn – und mit einem Ring aus Leuchtdioden, um in der Dunkelheit die Strukturen des Stollens ausleuchten zu können.

Zudem statteten die Ingenieure ihr Gefährt mit Laser-Abstandssensoren aus. Sie kontrollierten ständig die Abstände zwischen SeaCat und den Stollenwänden und hielten das Fahrzeug damit in der Mitte des Tunnels.
Das nächste große Ziel liegt über 1.500 Meter in der Tiefe

Zweck des Einsatzes: Die Bodensee-Wasserversorgung als Betreiber des Stollens wollte erstmals nach 40 Jahren ihre Trinkwasserleitung überprüfen. Die ist Bestandteil eines weitverzweigten Wassernetzes, das rund vier Millionen Menschen mit Trinkwasser aus dem Bodensee beliefert.
„Die große Herausforderung bestand darin, in der nur zwei Meter breiten Röhre über die gesamte Tunnellänge hinweg ohne Kontakt zu den Wänden zu fahren“, erläutert Hesse.

Mit einer Geschwindigkeit von 3,5 Kilometern pro Stunde tauchte das Fahrzeug durch die Wasserleitung, auf den ersten 300 Metern noch per Kabel gelenkt, dann wurde die Leitung gekappt und das Gerät fuhr selbstständig. An drei Stellen konnte das Team überprüfen, ob SeaCat noch fuhr. „Dort gab es Zugang zur Röhre, und man hörte das Fahrzeug, als es die Stellen passierte“, berichtet Leipold.

Alles musste über die gesamte Dauer reibungslos funktionieren. Fehler führen in der Regel zu einem Abbruch der Mission. In einem solchen Fall würde die Seekatze automatisch versuchen aufzutauchen, aber das ist in einem Tunnel ja nicht möglich. Am Ende hatte SeaCat alle Herausforderungen gemeistert und dem Auftraggeber wertvolles Videomaterial geliefert.

Jetzt beginnt für Hesse und sein Team die Phase der Vermarktung. Zeitgleich läuft bei Atlas die Entwicklung eines AUVs, das mindestens 1.500 Meter tief tauchen wird. „Das wollen wir dieses Jahr noch testen“, sagt Hesse.

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Fakten

Forschung und Entwicklung

• Deutsche Unternehmen geben mehr als 130 Milliarden Euro im Jahr für Forschung und Entwicklung aus. Den größten Anteilstemmt die Metall- und Elektro-Industrie mit rund 76 Milliarden Euro.

• Der jährliche Umsatz mit Produktinnovationen beträgt in der gesamten Wirtschaft knapp 728 Milliarden Euro, auf die Metall- und Elektro-Branche entfallen davon etwa 377 Milliarden Euro.

Quelle: Zentrum für Europäische Wirtschaftsforschung (ZEW)

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