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Roboter als Unterwasser-Müllsammler

SeaClear-System
Komponenten des SeaClear-Robotersystems. (Bild: The SeaClear Project)

Die Ozeane sind voller Plastikmüll. Um dagegen anzugehen, entwickeln Wissenschaftler zurzeit ein Robotersystem, das Kunststoffabfälle unter Wasser orten und einsammeln kann. Anders als viele an der Oberfläche konzentrierten Reinigungsmaßnahmen können diese autonom agierenden Müllsammler den am Meeresgrund abgelagerten Plastikmüll beseitigen – denn dort lagert sich ein Großteil der Abfälle ab.

Die Ozeane unseres Planeten sind voller Plastikmüll – zwischen 26 und 66 Millionen Tonnen größere und kleinere Kunststoffreste befinden sich Schätzungen zufolge im Meer. Ein Teil davon wird im Laufe der Zeit zu Mikroplastik zerrieben, gemeinsam mit größeren Resten sinkt dieser Müll allmählich in die Tiefe und lagert sich am Meeresboden ab. Für viele Tiere im Ozean sind die Plastikteile eine akute Bedrohung, denn oft fressen sie sie irrtümlich und verenden dann daran.

Erst kartieren, dann einsammeln

Was aber tun? Wie kann man wenigstens die größeren Plastikteile aus dem Wasser bekommen? Bisher konzentrieren sich die Reinigungsmaßnahmen vor allem auf Küsten und die Wasseroberfläche, denn den Meeresboden zu säubern ist aufwändig, teuer und für Taucher oft gefährlich. Deshalb entwickeln nun Wissenschaftler der Technischen Universität München gemeinsam mit acht europäischen Partner-Instituten im EU-Project „SeaClear“ ein Robotersystem, das künftig den Unterwassermüll einsammeln soll.

Das System setzt sich aus vier Roboter-Komponenten zusammen: Ein autonom fahrendes Roboter-Boot führt einen ersten Scan des Meeresbodens durch und lokalisiert dabei größere Müllansammlungen. Dann wird ein Beobachtungs-Roboter ins Wasser gelassen, der den Müll in der Tiefe aufspürt und Nahaufnahmen des Meeresbodens liefert. Bei guten Sichtverhältnissen sorgt zusätzlich eine Drohne aus der Luft dafür, dass weiterer Müll im Wasser erkannt wird. Alle Informationen dieser „Müllspäher“ werden dann zu einer virtuellen Karte kombiniert. Diese dient einem Sammelroboter als Grundlage, der dann die Punkte in der Karte abfährt und den Müll mithilfe eines Greifers in einen Sammelkorb legt.

Lernfähigkeit hilft Robotern in der Unterwasserwelt

Was in der Theorie einfach klingt, ist in der Praxis für autonom agierende Roboter aber nicht einfach: „Autonome Roboter für den Einsatz Unterwasser zu entwickeln stellt eine ganz besondere Herausforderung“ erklärt Stefan Sosnowski, Technischer Leiter des SeaClear-Projekts von der TU München. Denn anders als an Land herrschen im Wasser ganz besondere Bedingungen. „Sobald ein Stück Müll identifiziert und geortet wurde, muss sich der Roboter zunächst in dessen Nähe bewegen. Dabei kann er mitunter auf starke Strömungen treffen, gegen die er sich durchsetzen muss. Das richtig auszusteuern, ist unsere Aufgabe im SeaClear-Projekt.“

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Dafür verwendet das Team Methoden des maschinellen Lernens. Eine künstliche Intelligenz lernt, wann und unter welchen Bedingungen sich der Roboter auf eine bestimmte Weise bewegen muss, um sein Müllstück greifen zu können. „Eine weitere Herausforderung ist, dass wir nicht die gewohnte Rechenleistung wie an Land zur Verfügung haben“ sagt SeaClear-Projektkoordinatorin Sandra Hirche von der TU. „Es gibt keine Anbindung an große Rechenzentren mit Hochleistungscomputern. Die Algorithmen, die wir entwickeln, müssen daher möglichst effizient und ressourcenschonend sein.“

Bisher läuft die Entwicklung aber trotz dieser erhöhten Schwierigkeiten erfolgreich: Erste Versuche mit einem Prototyp wurden im Oktober 2021 im Meer vor dem kroatischen Dubrovnik durchgeführt. Im Mai 2022 soll es weitere Versuche im Hamburger Hafen geben. Wenn das SeaClear-System voll einsatzfähig ist, soll es Unterwasserabfälle mit einer prognostizierten Quote von 80 Prozent klassifizieren und zu 90 Prozent erfolgreich einsammeln. Die Roboter wären dann so effektiv wie menschliche Taucher.

Quelle: Technische Universität München

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