Auch mit Druckluftflaschen und Tauchreglern ausgestattet, stößt der Mensch unter Wasser sehr schnell an seine Grenzen. Im Gegensatz dazu ermöglichen unbemannte U-Boot-Fahrzeuge, die per Kabel mit der Leitstelle verbunden sind, lange und tiefe Tauchgänge. Heute werden ferngesteuerte Tauchroboter für Forschungs-, Inspektions- und Wartungsarbeiten eingesetzt. Die Anwendungsmöglichkeiten dieser Technologie sind jedoch durch die Länge des Kabels und die Leistung des Navigators begrenzt. Kein Wunder, dass Forscher an autonomen Unterwasserrobotern arbeiten, die sich unter Wasser orientieren und Arbeiten ohne menschliche Hilfe ausführen.
Inzwischen gibt es AUVs (autonomous underwater Vehicles), die selbstständig Daten sammeln oder Proben nehmen, bevor sie zu den Startpunkten zurückkehren. „Für Routinearbeiten wie die Inspektion von Schotten, Dämmen oder Schiffsbäuchen ist die Technik vorerst zu teuer“, erklärt Dr. Thomas Rauschenbach, Leiter des Anwendungszentrums Systemtechnik AST Ilmenau am Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB. Das kann sich bald ändern. Gemeinsam mit den Forschern von vier Fraunhofer-Instituten arbeitet Rauschenbachs Team derzeit an einer Generation autonomer Unterwasserroboter, die kleiner, robuster und kostengünstiger sein sollen als die bisherigen Modelle. Die AUVs sollen sich in klaren Gebirgsreservoirs ebenso zurechtfinden können wie in trübem Hafenwasser. Sie eignen sich für Arbeiten auf dem Boden der Tiefsee sowie für Inspektionen flacher Betonsockel, auf denen Offshore-Windkraftanlagen montiert wurden.
Die Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung in Karlsruhe arbeiten an den „Augen“ für Unterwasserroboter. Die optische Wahrnehmung basiert auf einer speziellen Belichtungs- und Analysetechnik, die auch in trübem Wasser Orientierung ermöglicht. Zunächst wird der Abstand zum Objekt bestimmt, und dann sendet die Kamera einen Laserimpuls aus, der vom Objekt, z. B. einer Wand, reflektiert wird. Mikrosekunden bevor der reflektierte Lichtblitz eintrifft, öffnet die Kamera die Blende und die Sensoren erfassen die einfallenden Lichtimpulse. In der Außenstelle Ilmenau des Fraunhofer-Instituts für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung
entwickelt Rauschenbachs Team das „Gehirn“ des Roboters: ein Steuerprogramm, das das AUV in Strömen, etwa in einem gewissen Abstand zur zu untersuchenden Wand, auf Kurs hält. Das Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT in St. Ingbert liefert die Silikonverkapselung für den drucktoleranten Aufbau elektronischer Schaltungen sowie die „Ohren“ des neuen Roboters: Ultraschallsensoren ermöglichen die Inspektion von Objekten. Im Gegensatz zur bisher konventionellen Sonartechnologie nutzen Forscher nun hochfrequente Schallwellen, die von den Hindernissen reflektiert und vom Sensor registriert werden. Die leistungsstarken, aber leichten Lithium-Batterien des Fraunhofer ISIT in Itzehoe, die das AUV mit Energie versorgen, sind mit Silikon verkapselt.
Ein spezielles Energiemanagementsystem, das Forscher des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT in Oberhausen entwickelt haben, spart Strom und sorgt dafür, dass die Daten im Notfall gespeichert werden, bevor dem Roboter die Energie ausgeht und er auftauchen muss.
Ein zwei Meter langer torpedoförmiger Prototyp, der mit Augen, Ohren, einem Gehirn, einem Motor und Batterien ausgestattet ist, wird in diesem Jahr in einem neuen Panzer in Ilmenau auf Jungfernfahrt gehen. Der Tank ist nur drei Meter tief, aber „das reicht, um die entscheidenden Funktionen zu testen“, bekräftigt Dr. Rauschenbach. Im Herbst 2011 wird der autonome Tauchroboter erstmals vom Forschungsschiff POSEIDON aus in See stechen: Mehrere Tauchgänge bis zu einer Tiefe von 6.000 Metern sind geplant.