Blueye: Ein ROV autonom machen

Das Blueye Autonomy-Projekt von links nach rechts: Ambjørn Grimsrud Waldum, Leonard Günzel, Gabrielė Kasparavičiūtė, Ai-Nhi Hoang, Jenny Krokstad, Md Shamin Yeasher Yousha, Dana Yerbolat, Abubakar Aliyu Badawi. Auf dem Bild fehlen: Martin Ludvigsen, Celil Yilmaz, Mahmoud Hussein Abdelrazik Hassan, Elena Marie Kirchman. © Leonard Günzel

Leonard Günzel, Doktorand am Institut für Meerestechnik der NTNU, leitet derzeit ein neues Projekt zur Autonomie der Blueye ROVs. Ziel des Projekts ist es, die mit der Blueye Surface Unit verbundene Leine zu entfernen und das ROV unabhängig von einer Dockingstation am Meeresboden operieren zu lassen.

Die Blueye ROVs sind über eine Leine verbunden, um eine schnelle, stabile und zuverlässige Kommunikation zwischen Drohne und Bediener zu gewährleisten. Die Leine ermöglicht eine Echtzeit-Datenübertragung direkt an die Oberfläche und liefert den Bedienern Live-Video- und Sensordaten, die für präzises und sicheres Manövrieren unter Wasser unerlässlich sind. Zusätzlich werden über dieselbe Leine Steuersignale an das ROV gesendet, sodass der Bediener Richtung, Geschwindigkeit und Kamerawinkel kontinuierlich anpassen und jederzeit die volle Kontrolle über die Drohne behalten kann.

Ein kabelgebundenes System ermöglicht zudem eine einfache Einrichtung, sodass keine komplexen drahtlosen Lösungen oder externen Basisstationen erforderlich sind. Das System ist mobil und flexibel – es kann fast überall eingesetzt werden, egal ob vom Ufer, einem Boot oder einem Dock aus.

Das Halteband gewährleistet außerdem eine stabile Strom- und Signalübertragung und sorgt so für zusätzliche Zuverlässigkeit in anspruchsvollen Unterwasserumgebungen.

Die Leine dient zudem als zuverlässige Sicherheitsmaßnahme. Sollte die Verbindung zum ROV verloren gehen, kann diese jederzeit manuell wiederhergestellt werden, indem man sie über die Leine zurückzieht.

Leonard Günzel mit der Andockstation auf dem Forschungsschiff Gunnerus. © Leonard Günzel

Ferngesteuerte Fahrzeuge ( ROVs ) benötigen im Gegensatz zu autonomen Unterwasserfahrzeugen (AUVs) einen Bediener an der Oberfläche, der die Drohne steuert. Die Umrüstung von ROVs zu AUVs eröffnet neue Möglichkeiten für Unterwassereinsätze. Dank der Autonomie können Missionen ohne ständige menschliche Aufsicht durchgeführt werden. Dadurch werden die Drohnen effizienter, kostengünstiger und können über längere Zeiträume in anspruchsvollen Umgebungen eingesetzt werden.

Günzel hat einen Hintergrund in Meerestechnik und Elektrotechnik, doch seine Leidenschaft für Robotik wuchs durch mehrere Tätigkeiten als wissenschaftlicher Mitarbeiter und Praktika bei Meeresforschungsinstituten weltweit. Während dieser Zeit sammelte er Erfahrungen in angewandter Unterwasserrobotik, Bildanalyse und Sensorentwicklung.

Nach mehreren Monaten der Simulation und Systementwicklung hat Günzel nun zusammen mit seinen Doktoranden Ambjørn Waldum und Gabriele Kasparaviciute sowie acht Masterstudenten ihren ersten erfolgreichen Feldeinsatz im Trondheimfjord abgeschlossen. Der Feldeinsatz wurde in Zusammenarbeit mit dem größeren ROV Minerva der NTNU durchgeführt und stellt einen wichtigen technologischen Fortschritt im Bereich autonomer Unterwassersysteme dar. Der Test zeigte erstmals, dass ein kompaktes ROV wie das Blueye X3 autonom operieren kann.

Das Projektteam entwickelte sowohl die Unterwasserdrohne als auch die notwendige Infrastruktur für langfristige autonome Unterwasseroperationen weiter. Das bedeutet, dass die Drohne über Distanzen von 100 bis 500 Metern präzise navigieren und zu einer Dockingstation am Meeresboden zurückkehren kann. Zum Einsatz kommt dabei ein USBL-System (Ultra-Short Baseline), das mit einem Modem des AUV kommuniziert. Ein USBL-System kombiniert mehrere Wandler, um Richtung und Entfernung zu einer Schallquelle zu bestimmen.

Im Rahmen dieses Doktorandenprojekts, dessen Ziel die Entwicklung autonomer Fähigkeiten ist, ist die direkte Integration in das Steuerungssystem der Drohne unerlässlich. Universitäten, Forscher und Systemintegratoren müssen die Drohne möglicherweise in größere Systeme einbetten oder über Drittanbietersoftware steuern. Um solche Anwendungsfälle zu unterstützen, bietet Blueye einen Zugangspunkt zur Steuerung – das Blueye SDK. Dieses SDK ist Open Source, verfügbar auf pypi.org und ermöglicht Entwicklern und Studierenden die Entwicklung individueller Steuerungsalgorithmen, die Automatisierung von Missionen und die Erforschung neuer Anwendungen für die Unterwasserrobotik.

Blueye X3 mit dem maßgeschneiderten „Odenwald“-Rahmen, Multibeam, USBL und zusätzlicher Rechenleistung. © Leonard Günzel

Das Projektteam hofft, damit den Grundstein für zukünftige Forschung zu legen, die von energieeffizienten Untersuchungen und der Koordination mehrerer Roboter über wiederkehrende Infrastrukturinspektionen bis hin zu vollständiger Missionsautonomie reicht. Günzel freut sich besonders darauf, Situationsbewusstsein und -wahrnehmung weiter zu erforschen, und als Projektleiter freut er sich auf das nächste Semester, wenn es darum geht, die Fesseln endgültig zu lösen.

Das Projekt ist Teil der SAFEGUARD-Initiative und basiert auf mehrjähriger Forschung und Entwicklung an der NTNU. Das NTNU VISTA Center for Autonomous Robotics Operations Subsea (CAROS) spielte eine zentrale Rolle bei der Entwicklung der notwendigen Infrastruktur und Unterstützungssysteme.