Der 3D-Karten-Roboter

Forscher haben ein automatisches Spezialfahrzeug aus kommerziellen Komponenten gebaut, das dreidimensionale Abbilder eines Gebietes erstellen kann.

Sein Name ist ROAMS: Der Roboter, dessen Bezeichnung für "Remotely Operated Autonomous Mapping System" (ferngesteuertes autonomes Kartierungssystem) steht, ist der ganze Stolz seiner Erfinder am Stevens Institute of Technology in Hoboken im US-Bundesstaat New Jersey. Der fahrbare Automat wurde mit Geldern der US-Armee gebaut und nutzt verschiedene kommerziell erhältliche Techniken, um dreidimensionale Farbkarten seiner Umgebung zu erstellen – und das kostengünstig und schnell.

Das System setzt hauptsächlich auf Lidar, eine dem Radar verwandte Methode zur optischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessung. Dabei wird ein Laser von einem schnell rotierenden Spiegel abgelenkt und gemessen, wie das Licht von den umgebenden Oberflächen und Objekten reflektiert wird. Autonome Fluggeräte nutzen die Technik schon seit längerem zur Herstellung von Luftbildern und für Landesysteme in der Raumfahrt.

Ein konventionelles 3D-Lidar-System, das aus mehreren Lasern besteht, die in verschiedene Richtungen messen, kostet normalerweise über 100.000 Dollar. Die Stevens-Forscher sparten hier, indem sie ein wesentlich günstigeres kommerzielles 2D-Lidar-System in das Fahrzeug einbauten. Es kostete nur rund 6000 Dollar und wurde auf einem schwenkbaren, rotierenden Gerüst angebracht. Die Auflösung ist zwar geringer als bei einem regulären 3D-Lidar, reicht aber durchaus noch für adäquate Bilder zu Architekturzwecken oder die Kartierung im militärischen Bereich aus. "Der Prototyp kostete uns zwischen 15.000 und 20.000 Dollar", sagt Biruk Gebre, Forschungsingenieur am Stevens Institute, der das Gerät kürzlich auf einer Robotikkonferenz präsentierte.

Das System benötigt rund 30 Sekunden, um einen 160 Meter breiten Bereich zu scannen. Eine Kamera, die ebenfalls auf dem rotierenden Gerüst angebracht ist, liefert Farbinformationen, die in der Karte dann später ergänzt werden. Außerdem entwickelten die Forscher eine Methode, um die Auflösung stets adäquat zu halten, egal wie weit entfernt sich einzelne Objekte befinden. In der Praxis folgt ein menschlicher Bediener ROAMS in einem größeren Fahrzeug. Der Abstand kann dabei über 1,5 Kilometer betragen, sagt Kishore Pochiraju, Professor und Direktor des "Design and Manufacturing Institute" der Hochschule. Endziel des Projektes sei es aber, einen Roboter im Zielgebiet abzusetzen und ihn dort dann eine vollständige Karte erstellen zu lassen. Ein solches Fahrzeug könnte beispielsweise in ein gefährliches Gebiet vordringen und dort Aufklärung betreiben, die Militärs bei ihrer Arbeit unterstützt.

"Sie verwenden ein relativ billiges System", meint auch John Spietzer, Dozent an der Lehigh University, der ähnliche Techniken für autonome Rollstühle verwendet, "an solchen Dingen arbeiten schon viele Gruppen, es ist ein interessantes Gebiet".

Nach Nicholas Roy, Dozent am MIT, der selbst autonome Fahrzeuge baut, verwenden auch andere Forscher ähnliche Techniken . Die größte Herausforderung bei der autonomen Kartierung liege nun darin, Hindernisse zu erkennen und die Daten zwischen mehreren Robotern zu verteilen. (bsc)