Erkundung und Überwachung von Tiefseegebieten

Im Jahr 2012 schlossen sich einige Partner aus Wirtschaft und Wissenschaft zusammen, um ein innovatives System zur autonomen Erkundung der maritimen Umwelt in der Tiefsee zu realisieren. Ziel: Großflächige Areale in Tiefen von bis zu 6.000 Metern sollen mit Hilfe eines neuartigen Fahrzeugverbundes überwacht und vermessen werden. Autonom bedeutet, dass es sich um keine personengeführten Fahrzeuge handelt. Informationen werden am Meeresboden registriert und Überwasser überwacht.

Wissenschaftler und Ingenieure aus ganz Deutschland – darunter auch Experten der Uni Rostock – entwickelten zu diesem Zweck unbemannte Fahrzeuge, die sich als Team koordiniert bewegen können. Im Bodensee wurden kürzlich die kooperativen Fähigkeiten des Fahrzeugverbunds getestet. Zum Einsatz könnte die sogenannte Schwarm- bzw. Teamtechnologie künftig beispielsweise im marinen Bergbau kommen.

SMIS – Subsea Monitoring via Intelligent Swarms, ist der Name des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Projekts, in dem neben der Uni Rostock und dem Leibniz-Institut für Ostseeforschung die Hamburger IMPaC Offshore Engineering GmbH, die Enitech GmbH aus Bentwisch, das Karlsruher Institut für Technologie sowie die Technische Universität Berlin beteiligt sind.

Ziel ist es, Über- und Unterwasserfahrzeuge so zu konstruieren, dass sie sich als intelligentes Team unabhängig vom Menschen koordiniert bewegen können. Zwei Unterwasserfahrzeuge, eine Unterwasser-Bodenstation sowie ein Oberflächenfahrzeug sind Bestandteile des Teams. Unter Nutzung neuer Algorithmen kann diese „SMIS-Flotte“ von einem Forschungsschiff oder einer Leitzentrale betrieben werden und arbeitet komplett eigenständig.

Soll beispielsweise ein großes Gebiet am Meeresboden kartiert werden, kann sich das Unterwasserfahrzeug, das für das Sammeln der Informationen zuständig ist, an der Bodenstation aufladen und so lange Zeit – bis zu einer Woche – unter Wasser bleiben. Das Oberflächenfahrzeug übernimmt dabei die Kommunikationsfunktion zwischen den einzelnen Komponenten.

Bei der Konstruktion der Fahrzeuge hatten Rostocker Wissenschaftler um Prof. Torsten Jeinsch vom Lehrstuhl Regelungstechnik einen großen Anteil an der Konzeption der Fahrzeugregelung sowie -steuerung und sie waren für die Entwicklung der Automatisierung des Überwasserfahrzeugs zuständig.

Damit die Flotte möglichst lange eigenständig arbeiten kann, statteten sie beispielsweise das Oberflächenfahrzeug mit einem hybriden Energiesystem aus, bestehend aus Brennstoffzelle und Batterie. Die drei Rostocker Diplomingenieure Detlef Dewitz, Erik Rentzow und Martin Kurowski waren auch bei den Versuchen dabei, die jüngst in Güttingen, auf der Schweizer Seite des Bodensees stattfanden.

Die Experimente dort umfassten u.a. Versuche zur akustischen Netzwerkkommunikation, zur gegenseitigen Lokalisierung zwischen den Fahrzeugen und zur Einmessung der am Seeboden verankerten Unterwasser-Bodenstation. Die Experimente waren erfolgreich und die Ergebnisse vielversprechend – komplexe, kooperative Manöver über und unter Wasser konnten vollständig autonom realisiert werden. In der kommenden Zeit muss nun noch der rechtliche Rahmen für den Einsatz autonomer Systeme abgeklärt werden.

Zuvor wurde die Entwicklungsarbeit bereits durch Expeditionen mit den deutschen Forschungsschiffen FS Elisabeth Mann Borgese sowie FS Alkor in der Ostsee, und im Atlantik mit dem FS Poseidon gestützt. So konnten einzelne Komponenten und Fahrzeuge bei Ozeanbedingungen und „auf Tiefe“ erprobt werden.

Praktischer Nutzen: Das „SMIS-System“ wird so konzipiert, dass es gezielt auf geforderte Einsatzzwecke abgestimmt werden kann, beispielsweise in den Bereichen marine Rohstoffgewinnung, Hydrographie, Kabel- und Pipeline-Trassierung oder bei der Überwachung von Fundamenten der Offshore-Windanlagen. Die Schwarmtechnologie könnte perspektivisch erheblich zur Steigerung der Effizienz und damit zur Kostensenkung der Schiffseinsätze beitragen.

Kontakt:
Universität Rostock
Lehrstuhl Regelungstechnik
Prof. Dr.-Ing. Torsten Jeinsch
Tel.: 0381 498 / 7704
torsten.jeinsch@uni-rostock.de

Dipl.-Ing. Martin Kurowski
Tel.: 0381 / 498-7727
martin.kurowski@uni-rostock.de

www.uni-rostock.de