Schifffahrt: Steuermann von Bord
Um den Mangel an Schiffsführern auszugleichen, arbeiten Forschende an Lösungen für eine automatisierte oder sogar autonome Binnenschifffahrt.
(Bild: Shutterstock)
- Karsten Lemm
Mit schöner Regelmäßigkeit schippert die "Niedersachsen 22" über Flüsse und Kanäle, bringt Getreide, Baustoffe oder Container von der Nordseeküste nach Nordrhein-Westfalen; dreht um und fährt mit der nächsten Ladung wieder zurück. Die Crew kennt die Strecke im Schlaf – und künftig soll sie tatsächlich die Augen schließen können, während das 100 Meter lange und 10,50 Meter breite Schiff weiter durchs Wasser gleitet.
Ein Forschungsteam an der Universität Duisburg-Essen arbeitet daran, die "Niedersachsen 22" zu einem der ersten vollautonomen Binnenschiffe Europas zu machen. Bei jeder Fahrt reisen Sensoren mit: Laserscanner an Bug und Heck erfassen Bäume, Brücken, Ufer, Hindernisse aller Art; acht Kameras liefern Videobilder, dazu kommen Ortsdaten, Ultraschall und eine Trägheitsplattform, die aufzeichnet, wie sich das Schiff im Wasser verhält. "Wenn ich Ruder lege, wenn ich den Propeller steuere, wie reagiert das Schiff darauf?", möchte Rupert Henn wissen. Er ist Geschäftsführer beim Duisburger DST, einem Entwicklungszentrum für Schiffstechnik und Transportsysteme, das die Arbeit der Wissenschaftler koordiniert. Etwa 200 bis 300 Terabyte an Informationen über Schiff und Wegstrecke müssen zusammenkommen, um die Algorithmen zu trainieren, schätzt Henn.
Digitaler Zwilling des Schiffs
Damit sich Mensch und Maschine auf dem Wasser aneinander gewöhnen können, programmieren die Forscher einen digitalen Zwilling der "Niedersachsen 22" und beobachten, wie sich das Schiff verhält, wenn es – von der KI kontrolliert – auf andere Wasserfahrzeuge trifft, die von Schiffsführern gelenkt werden. Bewährt sich das System bei den virtuellen Testläufen, darf die KI auch bei der echten "Niedersachsen 22" das Ruder übernehmen. Das ist auf einem Abschnitt des Dortmund-Ems-Kanals schon im nächsten Jahr geplant. Hinter der KI als Schiffsführer steckt weniger Sparwille, sondern vor allem Personalnot. "Wir haben in Deutschland einen Mangel an qualifizierten Schiffsführern", erklärt Henn. Traditionell leben Binnenschiffer wochenlang an Bord, arbeiten bis zu 14 Stunden am Stück, sehen selten ihre Familie. "Das ist ein Arbeitsrhythmus, der mit den Lebensentwürfen junger Leute nicht so kompatibel ist."
Deshalb arbeiten die Forschenden parallel an einem zweiten Projekt, das die Binnenschifffahrt automatisieren soll: In einem digitalen Leitzentrum, das derzeit am DST entsteht, wollen sie erproben, Schiffe auch aus der Ferne zu steuern.
In dem virtuellen Leitstand könnten sich selbst leidenschaftliche Gamer wohlfühlen: 19 Beamer projizieren das, was sich weit entfernt auf dem Schiff abspielt, auf eine zylindrische Leinwand und vermitteln dem Schiffsführer Rundumsicht. "Wenn ich im Fahrstand sitze, habe ich einen großen Monitor vor mir und links und rechts jeweils zwei Touchscreen-Monitore und die klassischen Fahrhebel für Ruder und Propeller", berichtet Henn.
Auch Mixed-Reality-Brillen liegen bereit. Mit ihnen könnte der Schiffsführer mit Umgebungsdaten wie der Höhe der nächsten Brücke versorgt werden. Zu futuristisch darf das System allerdings auch nicht werden – schließlich sollen Schiffsführer jeden Alters damit zurechtkommen. "Wir haben junge Leute dabei", so Henn, "und genauso müssen wir natürlich auch die mitnehmen, die erfahren sind, aber noch nicht so bald in Rente gehen."
Daten in 2G-Geschwindigkeit
Allerdings ringen die Forscher noch mit einem Problem: Sie müssen verlässlich Daten in Echtzeit übertragen, selbst wenn das Schiff in Funklöcher gerät. "Wir brauchen keine hohen Bildraten, aber trotzdem müssen wir das Radarbild alle fünf Sekunden übertragen können", erklärt Henn. Für Situationen, in denen die Daten nur mit 2G-Geschwindigkeit reisen können, "müssen wir uns etwas ausdenken – das ist der schwierigste Teil". Sollte das Mobilfunknetz sich als zu unzuverlässig erweisen, müsse das System eventuell auf eine Satellitenverbindung ausweichen. Erste Testfahrten erhoffen sich die Forschenden schon für Ende des kommenden Jahres.
Der Bund fördert die beiden Projekte mit fast drei Millionen Euro, weil die Regierung auf Wasserstraßen viel ungenutztes Potenzial sieht, Güter umweltfreundlicher ans Ziel zu bringen: Ein Binnenschiff mit 2000 Tonnen Zuladung transportiert ähnlich viel wie 90 Lkws, ohne die Straßen zu belasten, und stößt dabei etwa 70 Prozent weniger Treibhausgase aus. Dennoch rollt der Großteil des Güterverkehrs – 3,2 Milliarden Tonnen – bisher über Asphalt; Binnenschiffe bleiben mit 223 Millionen Tonnen im Jahr weit dahinter zurück.
Würden die Schiffslenker im virtuellen Leitstand sitzen – vielleicht sogar im Homeoffice – und abwechselnd die Kontrolle übernehmen, "könnte ein Schiff dann auch im Schichtbetrieb fahren, 24 Stunden lang", so Henn. Das spart Kosten und Zeit und würde den Transport über Wasserwege attraktiver machen, zumindest bei Waren, die es nicht eilig haben; denn mehr als zehn Kilometer pro Stunde sind auf vielen Flüssen und Kanälen nicht erlaubt.
Das gemächliche Tempo macht es zugleich für die Forschenden einfacher, selbst ans Ziel zu kommen: Ein vergleichsweise langsames Schiff auf überschaubaren Wasserstraßen lässt sich leichter kontrollieren als ein Auto im Getümmel der Großstadt. "Wir müssen nicht innerhalb von Millisekunden entscheiden", sagt Henn, "und wir haben es fast nur mit professionellen Verkehrsteilnehmern zu tun."
Doch selbst wenn die Technik eines Tages den Mann auf der Brücke ersetzen kann: Die Crew fährt wohl weiter mit – schon deshalb, weil sie für Aufgaben wie Wartung, Tanken, Be- und Entladen gebraucht wird. "Es nicht unser Anspruch, die Menschen von Bord zu holen", betont Henn. "Bis das Schiff wirklich unbemannt fährt, als Roboterschiff, das wird noch lange dauern." (bsc)
