c't 16/2008, S. 45: Elrob

Dr. Hans-Arthur Marsiske

Mehr Autonomie gesucht

Bei der militärischen Elrob scheiterten viele Teilnehmer an den realistischen Aufgaben

Universitäten hatten klar die Nase vorn bei der Leistungsschau für Militärroboter Elrob Anfang Juli in Hammelburg. Die Industrieteams schienen dagegen überwiegend auf dem Stand von vor zwei Jahren stehengeblieben zu sein.

Hervorgegangen aus einem Nato-Workshop zu kurzfristig realisierbaren Militärrobotern im September 2004, zeigen beim European Land-robot Trial – kurz: „die Elrob“ – seit 2006 jährlich wechselnd militärische und zivile Roboter ihre Fähigkeiten im Gelände. Gegenüber der ersten militärischen Elrob vor zwei Jahren hatte sich in diesem Jahr die Zielsetzung geändert. „Beim ersten Mal ging es zunächst um eine Marktsichtung“, sagte der stellvertretende Inspekteur des Heeres, Generalleutnant Günter Weiler, bei einer Pressekonferenz zur Eröffnung. „Wir wollten wissen, was es gibt und was möglich ist. Diesmal wollen wir zielgerichteter vorgehen und haben daher im Vorfeld unseren Bedarf formuliert und an die Firmen weitergegeben.“ Als Schwerpunkte der diesjährigen Leistungsschau nannte Weiler „Aufklärung, Sicherung, Transport und Kampfmittelabwehr“.

Die Latte der Anforderungen lag gegenüber 2006 deutlich höher. Insbesondere war von vornherein immer wieder betont worden, dass die verschiedenen Aufgaben ohne zumindest teilautonome Fähigkeiten der Roboter kaum befriedigend gelöst werden könnten. Dem wissenschaftlichen Leiter der Elrob Frank E. Schneider von der Forschungsgesellschaft für Angewandte Naturwissenschaften (FGAN) zufolge war dieser Druck in Richtung Autonomie auch ein erklärter Wunsch der teilnehmenden Teams.

Dabei blieb die Elrob ihrer Leitlinie treu, realistische Einsatzszenarien in natürlicher Umgebung zu formulieren. Wie bei einem echten Einsatz ging es in erster Linie darum, eine Mission zu erfüllen. Ob die Roboter dafür ferngesteuert wurden oder autonom agierten, war zunächst einmal egal. Allerdings war es fraglich, inwieweit auf dem hügeligen und teilweise bewaldeten Übungsgelände der Infanterieschule Hammelburg die für die Fernsteuerung erforderliche stabile Funkverbindung gewährleistet werden konnte.

Aufklärungsmissionen und Transporte

Angesichts dieser seit langem bekannten Vorgaben war es erstaunlich, dass von den 25 teilnehmenden Teams nur die Universitäten Kaiserslautern und Freiburg komplett autonome Roboter ins Rennen schickten. „Ravon“ aus Kaiserslautern trat gleich am ersten Tag beim Aufklärungsparcours an. Er fuhr zwar langsam und teilweise in Schlangenlinien, erreichte aber sowohl am Tag als auch bei Nacht das Zielgelände. Das gelang sonst nur dem ferngesteuerten Panzer „Wiesel 2 digital“ der Firma Rheinmetall sowie der fliegenden Aufklärungsdrohne „AirRobot“.

Beim Aufklärungsparcours ging es darum, ein auf der Landkarte durch einen Kreis markiertes Gelände zu erkunden, von besonders markierten Objekten Fotos zu machen, ihre Position zu bestimmen und die Daten an die Kontrollstation zu übermitteln. Die Teams konnten wählen, ob sie die Mission aus einer Entfernung von 500, 1000 oder 3000 Metern durchführen wollten. Die Startposition war unbekannt und musste zunächst selbst ermittelt werden. Dank GPS war das in der Regel kein Problem. Das Zeitlimit betrug inklusive Setup 45 Minuten.

Auch das Team der Universität Hannover machte bei diesem Szenario eine sehr gute Figur. Am Tag erreichte deren Fahrzeug „RTS-Hanna“ aus 1000 Metern Entfernung sicher das Zielgelände, fand jedoch das Eingangstor nicht. Dennoch gelang es, von außen durch den Maschendrahtzaun eins der markierten Objekte zu fotografieren. Das hätten die Hannoveraner sicherlich auch bei Nacht geschafft, hätten sie sich nicht entschieden, diesmal die 3000-Meter-Distanz zu wagen. Der teilautonom fahrende Roboter schaffte immerhin 2500 Meter. „An diesem Punkt ging der Funkkontakt verloren, sodass das Fahrzeug selbstständig wieder zurückfuhr, um den Kontakt wiederherzustellen“, sagt Teamchef Bernardo Wagner. „Aus diesem Grund wurden nur 2000 Meter gewertet.“

Für die Fernsteuerung des Kawasaki Mule 3010 ist eine Übertragungsrate von lediglich 19,2 Kilobit pro Sekunde erforderlich. „Pro Sekunde werden vier Datenpakete von 30 mal 24 Pixel übertragen“, erläutert Teammitglied Marko Reimer. „Das genügt dem Operator zumeist, um sich zu orientieren.“ Für ein schärferes Kamerabild muss das Fahrzeug, das außerdem über zwei Laserscanner verfügt, gegebenenfalls etwas länger stehenbleiben. Der Operator bestimmt anhand der übermittelten Daten den nächsten Wegpunkt als GPS-Koordinate. Möglichen Hindernissen auf dem Weg dorthin weicht RTS-Hanna selbstständig aus.

Bei den Transportszenarien zeigten Universitätsteams ebenfalls die besten Leistungen. Nach 20 Kilometern Konvoifahrt, bei der das Roboterfahrzeug dem Führungsfahrzeug automatisch folgen musste, stieg Matthias Hentschel von der Universität Hannover mit strahlenden Augen aus und berichtete begeistert, wie sich RTS-Hanna zeitweise nur auf zwei Rädern über die holprige Strecke bewegt hätte.

Der hannoversche Roboter orientierte sich an Reflektoren, die am Heck des Führungsfahrzeugs befestigt waren. „Mucar-3“ von der Universität der Bundeswehr München wiederum brauchte gar keine speziellen Markierungen, sondern erkannte die Form des vorausfahrenden Fahrzeugs. Das klappte auf der unebenen Piste nicht immer. „Ein paar Mal sprang das System auf einmal aufs Gras oder einen Busch“, sagte Teammitglied André Müller unmittelbar nach der Fahrt. „Ich kann es noch nicht erklären. Wahrscheinlich stimmen die Filtereinstellungen nicht ganz.“ Alles in allem wirkte Müller mit der Leistung aber sehr zufrieden: „Wir wissen jetzt genauer, woran wir weiter arbeiten müssen.“

Eine weitere Transportaufgabe lief unter der Bezeichnung „Mule“ und bestand darin, eine Last von 30 Kilogramm möglichst oft zwischen zwei Punkten hin- und herzutransportieren. Um hierbei teilnehmen zu können, hatte sich das Team der Universität Oulu (Finnland) für seinen sechsrädrigen Roboter „Mörri“ extra noch einen Anhänger beschafft. Es hatte sich gezeigt, dass die eigene Ladefläche des 90 Zentimeter langen Fahrzeugs für die vorgesehene Traglast zu klein war. Der bis zu 40 km/h schnelle, elektrisch betriebene Roboter kam einmal zurück zum Ausgangspunkt, doch während der nächsten Runde versagte die Anhängerkupplung. Der Versuch, den Anhänger durch Zurückstoßen wieder anzukoppeln, schlug fehl. Dann streikte wegen Überhitzung auch der Motor. Die schwarze Farbe erwies sich angesichts der intensiven Sonneneinstrahlung als schlechte Wahl. Mörri musste auf seinem eigenen Anhänger von einem Menschen zurückgebracht werden.

Roboter auf Patrouille

Die Enttäuschung hielt sich bei den Finnen gleichwohl in Grenzen, denn es gelang ihnen, den Roboter in kürzester Zeit wieder flott zu machen. „Das modulare Design hat sich bewährt“, sagte Teamleiter Juha Röning sichtlich zufrieden. So zeigte sich Mörri am letzten Tag der Leistungsschau beim Szenario „Camp Security“ wieder in Bestform.

Bei dieser Aufgabenstellung ging es darum, mit Hilfe von Robotern, gesteuert von maximal zwei Operateuren, ein etwa 80 Meter mal 80 Meter großes Gelände mit mehreren Gebäuden zu bewachen. Die Roboter sollten Eindringlinge erkennen, ihre Position bestimmen, die Legitimation überprüfen und sie gegebenenfalls verfolgen. Wiederum war es ein Universitätsteam, das die Vorgaben der Veranstalter ernst nahm und einen autonomen Roboter in die Arena schickte. Alexander Kleiner und seine Mitarbeiter von der Universität Freiburg hatten für das Team der Firma Telerob einen „Telemax“-Roboter mit zusätzlicher Intelligenz ausgestattet, die es ihm erlaubt, selbstständig eine Überwachungsposition anzusteuern und in den Bildern seiner drei Videokameras Bewegungen zu erkennen. Der autonome Telemax postierte sich in der Mitte des Geländes, während ein vom Telerob-Mitarbeiter Andreas Ciossek ferngesteuerter Telemax die versteckteren Winkel kontrollierte. In einem Video (www.informatik.uni-freiburg.de/~kleiner/videos.html), das die Perspektive der Roboterkamera zeigt, ist tatsächlich die Detektion einer Bewegung hinter einem Fenster zu erkennen. Von der Zuschauertribüne aus war allerdings auch zu sehen, wie zwei Männer das Gelände überquerten, offenbar ohne vom Roboter wahrgenommen zu werden.

Dem ferngelenkten Mörri aus Finnland hingegen gelang eine hohe Erkennungsrate. Dafür war nicht nur die große Beweglichkeit des Roboters verantwortlich, sondern auch der Mensch an der Steuerkonsole. „Der Operator ist gefahren wie ein Henker“, kommentierte Elrob-Leiter Schneider die Leistung. Damit benannte er einen interessanten Aspekt der diesjährigen Elrob: Die herausragenden Leistungen wurden von Menschen erbracht.

So berichtete ein Mitglied des French Teams, wie beim Bombenentschärfen, das unter Ausschluss der Öffentlichkeit stattfand, ein mit dem Zünder verbundener Draht nur vom menschlichen Bediener erkannt wurde. Bei der nächtlichen Aufklärungsübung erwarb sich vor allem der Bediener der Wärmebildkamera im Fennek-Spähwagen den Respekt der Zuschauer. Ihm gelang es, den in mehreren hundert Metern Entfernung startenden AirRobot mit der Kamera zu verfolgen, obwohl er sich anfangs nur mit wenigen Pixeln in dem verwaschenen Bild abzeichnete. Und dass der für solche Aufgaben eigentlich gar nicht konstruierte Telemax es bei diesem Szenario im dritten Anlauf dann doch noch bis ins Zielgebiet schaffte und zwei von drei Objekten identifizierte, war ebenfalls ganz wesentlich der Virtuosität seines Lenkers Ciossek zu verdanken.

Zukunft der Elrob

Damit Roboter den Menschen tatsächlich entlasten, müssten sie allerdings alles Notwendige ohne Hilfe erkennen können. Wie die Entwicklung der dafür erforderlichen autonomen Funktionen in Zukunft noch stärker motiviert werden kann, darüber denken die Elrob-Veranstalter jetzt nach. „Es wird wohl etwas am Qualifikationsverfahren für die Elrob geändert werden müssen“, sagt Schneider. Möglicherweise wird zukünftig die Einreichung ausführlicher technischer Beschreibungen oder von Videos verlangt.

Die Veranstaltung insgesamt wird von den Organisatoren gleichwohl als Erfolg gewertet. „Bei der Ausarbeitung der Szenarien war uns klar, dass die meisten sie nicht schaffen würden“, sagte Schneider. „Wir haben damit die nicht innovativen Systeme herausgefiltert und wissen jetzt besser, wo wir stehen.“ Die Universitätsteams sehen das ähnlich. Sie freuten sich über die einzigartige Möglichkeit, ihre Systeme zu testen und den damit verbundenen Erkenntnisgewinn. Als Konsequenz dürfte die Bundeswehrführung zukünftig ein stärkeres Augenmerk auf die Universitäten haben, die bei der ersten militärischen Elrob vor zwei Jahren von den Industrieteams noch mit ziemlicher Geringschätzung bedacht worden waren. Die Elrob bekommt damit eine ähnliche Funktion wie die Grand Challenges der US-Militärforschungsbehörde Darpa, die recht erfolgreich das kreative Potenzial der Universitäten angezapft haben. Die Präsenz internationaler Beobachter aus den USA, Singapur, Israel und zahlreichen europäischen, gerade auch osteuropäischen Ländern zeigt, dass sich die Veranstaltung recht schnell etabliert hat.

Mit welchen neuen Regeln auch immer, die nächste militärische Elrob im Jahr 2010 wird daher auf jeden Fall stattfinden. Das entschied Heeresamtschef Generalmajor Wolf-Joachim Clauß nach einem Rundgang am letzten Tag der Veranstaltung. Zuvor wird es aber im kommenden Jahr in Rynia bei Warschau zunächst wieder eine Elrob mit ziviler Ausrichtung geben. (anm)

Kommentare:
3sat zur Steuerung von Robotern (Matt Drayton 29.7.2008 9:53)