SMuRFs: Wie Roboter und Drohnen ein Atomkraftwerk stilllegen können
Unterschiedliche Roboter und Drohnen können in Teams zusammenarbeiten, um komplexe Aufgaben zu erledigen – wie etwa das Stilllegen eines Atomkraftwerks.
(Bild: Smart Systems Group University of Glasgow (Screenshot))
Wissenschaftler der University of Glasgow, der University of Manchester sowie des Bristol Robotics Laboratory und der Heriot-Watt University haben ein System mit autonom arbeitenden Robotern und Drohnen mit der Bezeichnung SMuRF (Symbiotic Multi-Robot Fleet) entwickelt. SMuRFs sollen etwa in der Lage sein, kollaborativ ein Atomkraftwerk stillzulegen.
In der Studie "Lessons Learned: Symbiotic Autonomous Robot Ecosystem for Nuclear Environments", die in der Fachzeitschrift IET Cyber-Systems and Robotics erschienen ist, beschreiben die Wissenschaftler, wie sie SMuRF im praktischen Einsatz in einer Einrichtung der Robotics and Artificial Intelligence Collaboration (RAICo) in Cumbria getestet haben. Die RAICo ist aus einer Zusammenarbeit zwischen der Britischen Atomaufsichtsbehörde (UKAEA), der Behörde für die Stilllegung von Atomkraftwerken (NDA), Sellafield Ltd. und der University of Manchester entstanden. In dem Einsatz führte ein Roboterschwarm gemeinsam eine Inspektion in einer simulierten radioaktiven Lagereinrichtung durch. Dabei mussten die Roboter kollaborativ Herausforderungen bewältigen, wie sie auch in realen Stilllegungsszenarien in Kernkraftwerken vorkommen können.
Kernkomponente der SMuRFs ist das Computersystem CPS (Cyber Physical System). Es umfasst bis zu 1600 Sensoren, Roboter, Drohnen und physische Geräte, die nahezu in Echtzeit miteinander kommunizieren können. Das System ermöglicht es, verschiedene Roboter mit unterschiedlichen Fähigkeiten und Betriebssystemen zusammenarbeiten zu lassen. Kontrolliert wird dies durch menschliche Bediener, die auch unterstützend eingreifen können.
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Zunächst sammelt das CPS über die Sensoren der Roboter und Drohnen Daten über den Raum, in dem sie agieren sollen. Aus den Daten erstellt das System dann einen digitalen 3D-Zwilling. Er soll den Robotern bei der Navigation im Raum helfen und eine bessere Übersicht gewährleisten. Ein menschlicher Operator überwacht über ein Dashboard, in dem die einlaufenden Daten übersichtlich zusammengestellt sind, die Aktionen der Roboter und Drohnen. Dabei können die Bediener dem SMuRF dabei helfen, Entscheidungen zu treffen oder auch die Kontrolle über einzelne Roboter und Drohnen übernehmen.
Fähigkeiten von Robotern und Drohnen bündeln
Die einzelnen Fähigkeiten der Roboter werden kombiniert. Während einige ihre Umgebung mit internen Sensoren zur Anfertigung eines digitalen 3D-Zwillings scannen, erstellen andere eine Strahlungskarte. Konkret wurde in der Testumgebung etwa Roboterhund Spot von Boston Dynamics mit seinem Roboterarm zur Kartierung eingesetzt. Radroboter Scout und Carma kümmerten sich um die Kartierung von Strahlenwerten und konnten so einen simulierten Austritt radioaktiver Flüssigkeit entdecken. Diese Erkennung hätte es im Ernstfall ermöglicht, den Austritt einzudämmen und eine Säuberung der Umgebung vorzunehmen.
"Während des Einsatzes des SMuRF am RAICo konnten wir zeigen, wie gut die Roboter zusammenarbeiten können und wie der von uns gebaute digitale Zwilling dem menschlichen Bediener ein bemerkenswertes Situationsbewusstsein vermitteln kann. Dadurch könnten sie sich ideal für die Herausforderungen der Arbeit in potenziell gefährlichen Umgebungen wie der Inspektion und Stilllegung von Kernkraftwerken eignen", sagt Daniel Mitchell von der James Watt School of Engineering und korrespondierender Autor der Studie. Es sei aber nötig, dass der Mensch weiterhin die Kontrolle behalte.
SMuRFs lassen sich außerdem auch für andere Aufgaben einsetzen. Prinzipiell sind das alle gefährlichen, schmutzigen, stupiden, weit entfernten und teuren Arbeiten, schreiben die Forscher. Ein solches Einsatzgebiet könnte beispielsweise im Bereich der Offshore-Energieerzeugung liegen. SMuRFs könnten dort routinemäßige Inspektions- und Reparaturaufgaben übernehmen. Dies sei auch billiger als Reparatur-Teams einfliegen zu lassen.
Die Wissenschaftler planen nun, weitere Roboter in die Flotte zu integrieren, die ihre Umgebung besser wahrnehmen und noch mehr Aufgaben übernehmen können.
(olb)