Robotik im 21. Jahrhundert: Verteilte Systeme, Telepräsenz & Weltraumforschung

Robotik im 21. Jahrhundert: Verteilte Systeme, Telepräsenz & Weltraumforschung

Moderne Robotik ist inhärent verteilt. Ein komplexer Roboter besteht aus einem Mix autonomer, teilautonomer und menschgesteuerter Module, die in enger Synchronizität arbeiten müssen. In der Telerobotik geht es darum, Operatoren ein viszerales Präsenzgefühl am Standort des Roboters zu vermitteln, indem Video und haptisches Feedback zu ihnen gestreamt werden.

Für die Europäische Weltraumorganisation (ESA) ist diese Fähigkeit für Missionen auf anderen Planeten oder im tiefen Weltraum entscheidend. Operatoren könnten auf einer Raumstation – oder sogar auf der Erde – sitzen und Geräte tausende Kilometer entfernt fernsteuern.

Telepräsenz wird durch eine Kombination aus haptischem Kraft-Feedback und Augmented-Reality-Video erreicht. Je reichhaltiger die sensorische Information, desto natürlicher die Wahrnehmung des Operators, was zu höherer Präzision und sichererer Fernsteuerung führt.

Eines der größten Hindernisse ist die Kommunikationsverbindung. Echtzeit-Regelkreise in Robotern basieren auf latenzarmen, zuverlässigen Datenströmen, doch die Verbindung zwischen Operator und ferngesteuertem Roboter unterliegt oft hoher Latenz, Paketverlust und sogar kurzen Unterbrechungen – besonders bei Tiefraum- oder Breitband-Internetverbindungen. Diese Verbindung muss als integraler Teil des Regelsystems behandelt werden, wobei beide Enden ständig über ihren Zustand informiert sind, um Sicherheit und Stabilität zu gewährleisten.

ESAs multidisziplinäres Team – bestehend aus Mechatronik, Computer Vision, Regelungstheorie und Software-Engineering-Experten – wählte einen datenzentrischen Ansatz. Indem Systemzustand, Videoframes und Steuersignale als Daten modelliert wurden, wurde der Link-Status natürlich in den Gesamt-Systemzustand integriert. Dies führte zur Evaluierung des Data Distribution Service (DDS), der bereits von der NASA für Weltraumkommunikation genutzt wird. Die Untersuchung zeigte, dass DDS Echtzeit-Teleoperation selbst über anspruchsvollste Links unterstützt und neue Grenzen in der Weltraumrobotik eröffnet.

Bei einem TEDx RheinMain RocketMinds Event im Mai 2014 steuerte ich einen Kuka-Roboterarm über 500 km entfernt mit unserem EXO-1-Exoskelett-Prototyp. Die Aufgabe – einen Metallstift in ein Loch mit <0,5 mm Toleranz einzuführen – wurde über eine internetbasierte 2G-WAN-Verbindung durchgeführt, die typische Latenz und Paketverlust von Weltraumverbindungen simulierte. Trotz 15-sekündiger Verzögerungen und erheblichem Datenverlust hielt DDS nahtlose Kommunikation für haptisches Feedback, Regelkreise und Live-Video aufrecht und bewies, dass präzise Telerobotik selbst unter extremen Bedingungen machbar ist.

2014 führte NASA-Astronaut Barry Wilmore das erste robotische Kraft-Feedback-Experiment im Weltraum durch – Haptics-1 – auf der Internationalen Raumstation. Dieser Meilenstein bestätigte die Machbarkeit haptischer Teleoperation jenseits der Erdatmosphäre.

Erstmals #haptisches Feedback im Weltraum, je! Heute @Space_Station #haptics-1 erfolgreich durchgeführt! pic.twitter.com/30zD5GzGqs

— ESATelerobotics (@ESATelerobotics) 30. Dezember 2014

Haben Sie eine Geschichte zur Nutzung von Connext DDS, die Sie teilen möchten? E-Mail an blogadmin@rti.com.