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Hochleistungsmaterial für die Tiefsee

Evonik unterstützt die „Arggonauts“ des Fraunhofer-Instituts für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung. Das fachlich bunt gemischte internationale Team nimmt am XPRIZE-Ocean-Discovery-Wettbewerb teil. Ziel ist es, von autonom agierenden Über- und Unterwasser-Drohnen Tiefsee-Karten erstellen zu lassen. Fraunhofer setzt auf Leichtbaumaterialien und Hochleistungspolymere.

Der Wettbewerb Ocean-Discovery der XPRIZE-Stiftung ist mit einem Preisgeld von 7 Millionen US-Dollar ausgeschrieben. Ziel ist es, die Kartographierung der Tiefsee zu beschleunigen und genauer zu machen. Heute sind der Mond und sogar einige Planeten besser vermessen als die großen Tiefen unserer Ozeane, die fast zwei Drittel der Erdoberfläche ausmachen. Bemannte U-Boote liefern faszinierende Bilder aus der Tiefe, sie sind jedoch langsam, ihre Tauchtiefe meist begrenzt. An Steuerungskabeln geführte unbemannte Unterwasserfahrzeuge benötigen ein Begleitfahrzeug, was träge und teuer ist. Durch den Einsatz Künstlicher Intelligenz, ausgefeilter Ortungstechnik und modernster Materialien sollen nun Roboter anstelle des Menschen die Vermessung vornehmen. Nur: Bis heute existiert dafür keine fertige Technik.

Acht Teams von anfangs mehr als 30 sind noch im Wettbewerb, der seit 2016 läuft. Fraunhofer IOSB zählt zu den Favoriten. Die Karlsruher sind darauf spezialisiert, Formen und Bilder in großen Mengen und hoher Geschwindigkeit zu erfassen und auszuwerten. Erfahrung mit der Tiefsee hat das Institut bereits durch das Auffinden eines historischen Flugzeugs in 6.000 Metern Tiefe. Was neu ist, ist die vergleichsweise große Fläche, die vermessen wird. Die Fahrzeuge müssen vom Ufer aus starten und selbstständig dorthin zurückkehren. Innerhalb von 24 Stunden soll eine Karte der Tiefsee bis zu einer Tiefe von 4.000 Metern und von einer Fläche von etwa 250 Quadratkilometern erstellt werden. Zusätzlich müssen Fotos von mehreren vorab festgelegten Objekten in der lichtlosen Tiefsee gemacht werden. Fraunhofer setzt für diese Aufgaben auf je fünf Oberflächen- und Tauchfahrzeuge, die mittels Schwarmtechnik die Aufgabe gemeinsam lösen sollen. Das Finale startet Ende November und läuft bis Februar. Jedes Team hat ein Zeitfenster von 14 Tagen.

Gute Wahl des Testgebietes

Bei der Wahl des Testgebietes bewies das Arggonauts Team ein gutes Gespür. Sie testeten vor Methoni auf der griechischen Peleponnes. XPRIZE gab später bekannt, nur einige Kilometer weiter nördlich im Calypso-Tief, Europas tiefster Stelle, die Final-Läufe stattfinden zu lassen. Allerdings sind Gebiete mit Tiefen von mehr als 4.000 Metern in Küstennähe auch rar gesät. Was Gunnar Brink, Projektleiter beim Fraunhofer IOSB, einen Schritt weiter denken lässt. Können die Drohnen für den Wettbewerb in einem See-Container transportiert werden, so müssten sie später bei einer wissenschaftlichen oder kommerziellen Nutzung viel kleiner und leichter sein, damit sie ohne große Technik auf hoher See ausgebracht und wieder eingesammelt werden können. „Die Tauchdrohnen müssen im Prinzip tragbar werden, die Oberflächenfahrzeuge sollen zugleich leicht und wetterfest sein“, so Brink, der eine bereits Ausgründung des Projekts als Start-Up auf den Weg gebracht hat.

Evonik-Material für höchste Belastungen

Schon heute setzt Fraunhofer Materialien von Evonik ein, die sich bei 400 bar Wasserdruck und Temperaturen rund um den Gefrierpunkt beweisen sollen. Für die spätere Entwicklung werden Leichtbaumaterialien und Hochleistungs-Polymere von Evonik eine noch größere Rolle spielen. Fast 300 Kilogramm wiegt jede der fünf „Great Diver“ genannten Tauchdrohnen heute, für die tragbare Version also noch viel Spielraum für die Materialien von Evonik. Beim Oberflächen-Fahrzeug, den Water Stridern, plant Brink in Zukunft mit Polyurethan-Schäumen, die die komplette Elektronik aufnehmen und sicher vor rauer See und Wind schützen sollen und dabei gleichzeitig als Schwimmkörper fungieren. Auch hier hat Evonik die Kompetenz, um die perfekte Struktur für diese Schäume zu entwickeln. Die Elektronik soll von Epoxid-Harz geschützt werden, das mittels Additiven von Evonik blasenfrei und druckresistent gegossen wird.

Im März werden voraussichtlich die Gewinner bekannt gegeben. Das Team von Fraunhofer IOSB hofft auf den Sieg, auch wenn die Konkurrenz speziell aus Japan und den USA groß ist. Als einziger deutscher Teilnehmer wollen die Karlsruher Forscher aber als erster einen der seit 1996 ausgeschriebenen XPRIZE-Wettbewerbe gewinnen und nach Deutschland holen.