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Nach der Entwicklung von Drohnen für Forschungszwecke in Seen und Meeren präsentiert das Schweizer Jungunternehmen Hydromea das erste WLAN-Netz für Unterwasser.Dieser Inhalt wurde am 19. Januar 2021 - 15:00 publiziert
Das Modem nutzt Lichtstrahlen zur Datenübertragung und zur kabellosen Fernsteuerung von Robotern.
"Mit Satelliten können wir heute leicht verfolgen, was sich auf der Erdoberfläche befindet oder bewegt. So können wir zum Beispiel die Entwicklung von Wäldern oder die Bewegung des Strassenverkehrs genau beobachten. Aber wenn wir wissen wollen, was in den Seen oder Meeren ist, dann wird es sehr kompliziert", sagt Alexander Bahr, Chef von Hydromea.
"Die riesige Welt unterhalb der Meeresspiegel entzieht sich der Satellitenbeobachtung. Das Leben unter Wasser zu studieren, erfordert sehr teure und zeitaufwändige Mittel", erklärt der Elektronikingenieur.
"Um Seen und Meere zu überwachen, ist es auch heute noch notwendig, dies von einem Boot aus zu machen. Normalerweise wird eine Sonde mit einem Kabel in die Tiefe gelassen, und es ist möglich, an einem genau bestimmten Punkt eine Messung vorzunehmen. Die gesammelten Informationen sind daher sehr begrenzt und bruchstückhaft."
Wissenschaftliche Studien und Inspektionen
Aus Leidenschaft für die Meere und die Robotik hatte der Deutsche Alexander Bahr bereits vor fast zwanzig Jahren in Australien begonnen, den ersten Prototyp einer Drohne zu entwickeln, die sich unter Wasser bewegen kann. Ein Projekt, das er in der Schweiz fortsetzte, wo er als Postdoktorand an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) forschte.
2014 gründete er zusammen mit seinem Landsmann Felix Schill – auch er ein Postdoktorand an der EPFL – das Startup Hydromea: Ihr Ziel war es, Unterwasser-Roboter zu entwickeln und auf den Markt zu bringen.
Die rund 70 Zentimeter langen Drohnen sind in der Lage, sich bis zu einer Tiefe von etwa 300 Metern zu bewegen. Ihre Einsatzdauer beträgt sechs Stunden. Das ursprüngliche Ziel der beiden Forscher war es, diese Fahrzeuge für den Forschungseinsatz an Universitäten, Forschungszentren und Unternehmen zu entwickeln, um verschiedene Arten von Daten zu sammeln: Wassertemperatur, Sauerstoffgehalt, Trübung, Säuregehalt oder Salzgehalt des Wassers sowie Konzentrationen von Chlorophyll, Algen, Bakterien oder Schadstoffen.
Steuerung als Knackpunkt
Das ursprüngliche Projekt des Startups mit Sitz in Renens bei Lausanne sah vor, für diese Einsätze nicht ein einzelnes Objekt, sondern mehrere submarine Drohnen einzusetzen. Ziel war es, mit Kameras dreidimensionale Bilder zu liefern und Daten von verschiedenen Punkten aus gleichzeitig zu sammeln.
"Wasser ist mit seinen Strömungen und Temperaturschwankungen ein sehr dynamisches Element. Mit dem Einsatz einer Batterie von Drohnen können wir uns also ein viel vollständigeres Bild von den Bedingungen dort unten machen. Man kann zum Beispiel herausfinden, wie gereinigtes Wasser aus einer Kläranlage in einen See fliesst oder wie ein Flussstrom ins Meer mündet", so Bahr.
Da Bahr derzeit keine Möglichkeiten sieht, sein Projekt gewinnbringend zu vermarkten, haben sich die Hydromea-Ingenieure einer neuen Herausforderung zugewandt: Wie kann man Drohnen mit einem Kontrollzentrum verbinden, damit sie drahtlos ferngesteuert werden können?
Die bisher entwickelten Unterwasser-Roboter werden in der Regel per Kabel ferngesteuert, was die Manöver, etwa zur Inspektion komplexer Unterwasser-Konstruktionen, erschwert. Oder sie sind so programmiert, dass sie einem bestimmten Kurs folgen.
Unterwasser-Blaulicht als Lösung
"In der Luft können Drohnen mit Radiofrequenzsystemen ferngesteuert und mit globalen Positionierungssystemen (GPS) geortet werden. Im Wasser funktionieren diese Technologien aber kaum. Mit akustischen Wellen können Signale übertragen werden, aber die Kommunikation ist sehr langsam und kommt mit einer grossen Verzögerung an," sagt Bahr. Es sei daher nicht möglich, einen Roboter unter Wasser fernzusteuern. "Auch die Videoübertragung ist erschwert, da die Geschwindigkeit nur wenige Kilobit pro Sekunde beträgt."
Hydromea hat deshalb das erste Unterwasser-WLAN-Netzwerk entwickelt, das leistungsstarke LED-Leuchten zur Datenübertragung nutzt. Die Drohnen sind mit einem Modem verbunden, das ähnlich wie eine Taschenlampe blaue Strahlen projiziert – die Farbe, die das Wasser am besten durchdringen kann.
Dieses Gerät, Luma genannt, ist ebenfalls mit einem Empfänger ausgestattet und kann Daten mit einer Geschwindigkeit von etwa zehn Megabit pro Sekunde über eine Entfernung von etwa 50 Metern austauschen.
Damit können autonome Unterwasser-Fahrzeuge von einem ausserhalb des Wassers befindlichen Kontrollzentrum aus ferngesteuert werden und ein Echtzeit-Streaming einer grossen Datenmenge mit hochwertigen Bildern und Videos durchführen.
Bei Einsätzen in der Tiefe können die Modems an Installationen befestigt oder an einem Kabel in die Tiefe gelassen werden. Von dort aus senden sie Signale aus, um die Drohnen bei ihren Missionen zur Inspektion oder Datenerfassung zu steuern.
Kosten- und Risikoreduktion
Diese Innovation ist besonders für Unternehmen interessant, die in der Offshore-Energiegewinnung tätig sind. Mitte Oktober gab Hydromea bekannt, dass das Unternehmen vom Oil & Gas Technology Center (OGTC) mit Sitz in Schottland eine grössere Summe investierte.
Im Rahmen eines sechsjährigen Versuchs, an dem auch der Ölkonzern Total beteiligt ist, sollen die neuen kabellosen Unterwasser-Roboter getestet werden. Zunächst sollen sie zur Inspektion gefährlicher und enger Räume eingesetzt werden, also etwa in Tanks mit Ballastwasser von Schiffen und Anlagen der Öl- und Gasindustrie. Die kleinen, gelben U-Boote könnten auch eingesetzt werden, um den Zustand von Dämmen, Kraftwerken, Brücken oder Kabeln unterhalb des Wasserspiegels zu überprüfen.
Der Einsatz der Geräte dient laut Bahr einerseits der Sicherheit, indem Menschen nicht mehr unnötigen Risiken ausgesetzt würden, andererseits ermögliche er die Senkung der Kosten. Das rasante Wachstum von Offshore-Windparks in der Nordsee in den kommenden Jahren könnte einen bedeutenden Markt für die Roboter des Schweizer Startups darstellen, hofft er.
Hydromea hat jedoch nicht die Absicht, die Schweiz zu verlassen, um näher an potenzielle Kunden heranzukommen: "Die Schweiz hat keinen Zugang zum Meer, ist also nicht der ideale Ort, um U-Boot-Drohnen zu entwickeln", sagt er weiter.
"Aber hier, rund um die EPFL, können wir auf einen guten Pool von Spezialisten für Mikrotechnik, Mechanik, Elektronik und Robotik zurückgreifen. Auch wenn sie ein rares Gut sind, ist es einfacher, die benötigten Ingenieure hier zu finden als in anderen Clustern. Sie sind interessant für uns und ich denke, wir sind interessant für sie, weil wir etwas anderes machen als andere."