August 10, 2022

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VIDEO: This robot lets pilots touch, feel deep-sea objects without getting wet

Tauchroboter, der Schiffswracks am Grund des Ozeans erkundet

OceanOneK ist wie ein menschlicher Taucher von vorne, mit Armen, Händen und Augen mit 3D-Sicht, der die Unterwasserwelt in voller Farbe einfängt.

Auf der Rückseite des Roboters befinden sich Computer und acht multidirektionale Triebwerke, die ihm dabei helfen, vorsichtig in die zerbrechlichen Orte versunkener Schiffe zu manövrieren.

Wenn ein Bediener an der Meeresoberfläche den OceanOneK steuert, lässt das (berührungsbasierte) Feedback-System des Roboters den Wasserwiderstand sowie die Merkmale der Artefakte spüren.

Die realistischen Seh- und Berührungsfunktionen von OceanOneK reichen aus, um den Menschen das Gefühl zu geben, in die Tiefe zu tauchen – ohne die Gefahren oder den enormen Unterwasserdruck, dem ein menschlicher Taucher ausgesetzt wäre.

Der Stanford-Roboter Osama al-Khatib und seine Studenten taten sich mit Tiefseearchäologen zusammen und begannen im September, den Roboter auf eine Tauchexpedition zu schicken. Das Team hat gerade im Juli eine weitere Unterwasserexpedition abgeschlossen.

Bisher hat OceanOneK das gesunkene Flugzeug Beechcraft Baron F-GDPV, den italienischen Dampfer Le Francesco Crispi, ein römisches Schiff aus dem 2. Jahrhundert vor Korsika, ein P-38 Lightning-Flugzeug aus dem Zweiten Weltkrieg und ein U-Boot namens Le Protée erforscht.

Crispi liegt etwa 500 Meter unter der Oberfläche des Mittelmeers.

„Man kommt dieser erstaunlichen Struktur sehr nahe und etwas Unglaubliches passiert, wenn man sie berührt: man spürt es tatsächlich“, sagte Al-Khatib, Weichai-Professor an der Stanford University School of Engineering und Direktor des Stanford Robotics Laboratory.

„Ich habe so etwas noch nie in meinem Leben erlebt. Ich kann sagen, dass ich Krispy auf 500 (Meter) berührt habe. Und ich habe es getan – es berührt, es gefühlt.“

OceanOneK könnte nur der Anfang einer Zukunft sein, in der Roboter Unterwassererkundungen übernehmen, die für Menschen sehr gefährlich sind, und uns dabei helfen, die Ozeane auf ganz neue Weise zu sehen.

Der Robotiker der Stanford University, Osama Al-Khatib (zweiter von links), konnte mithilfe des Feedback-Systems des Roboters Empfindungen in seinen Händen spüren.

Baue einen Unterwasserroboter

Al-Khatib sagte, die Herausforderung bei der Entwicklung von OceanOneK und seinem Vorgänger OceanOne bestehe darin, einen Roboter zu bauen, der einer Unterwasserumgebung und einem enormen Druck in verschiedenen Tiefen standhalten kann.

OceanOne debütierte 2016, Erkunden Sie das zerstörte Schiff von König Ludwig XIV., La Lune, das 100 Meter unter dem Mittelmeer 32 Kilometer vor Südfrankreich liegt. Das Schiffswrack von 1664 blieb von Menschenhand unberührt.

Der Roboter holte eine Vase von der Größe einer Grapefruit und der Verlobte spürte die Empfindungen in seinen Händen, als Ocean One die Vase berührte, bevor er sie in den Bergungskorb legte.

Ein Roboter lebt in einer Pinguinkolonie in der Antarktis.  Sie versucht, sie zu retten

Die Idee für OceanOne entstand aus dem Wunsch heraus, Korallenriffe im Roten Meer in Tiefen jenseits der normalen Reichweite von Tauchern zu untersuchen. Das Team der Stanford University wollte etwas schaffen, das einem menschlichen Taucher so nahe wie möglich kommt, indem es künstliche Intelligenz, fortschrittliche Robotik und haptisches Feedback integriert.

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Der Roboter ist etwa 1,5 Meter lang und sein Gehirn kann aufzeichnen, wie eifrig er ist, etwas zu handhaben, ohne es zu beschädigen – wie Korallen oder Wetterartefakte auf See. Der Bediener kann den Roboter steuern, aber er ist mit Sensoren ausgestattet und mit Algorithmen geladen, damit er unabhängig arbeiten und Kollisionen vermeiden kann.

Während der OceanOne darauf ausgelegt war, eine maximale Tiefe von 200 Metern zu erreichen, hatten die Forscher ein neues Ziel: 1 Kilometer (0,62 Meilen), daher der neue Name für OceanOneK.

Das Team veränderte den Körper des Roboters mit einem speziellen Schaum, der Glaskugeln enthielt, um den Auftrieb zu erhöhen und einen Druck von 1.000 Metern zu bekämpfen – mehr als das 100-fache dessen, was Menschen auf Meereshöhe erleben.

OceanOneK besteht einen Objektgrifftest in einem Pool der Stanford University.

Die Forscher rüsteten die Arme des Roboters mit einem Öl-Feder-Mechanismus auf, der Druck verhindert, wenn er in die Tiefen des Ozeans hinabsteigt. OceanOneK erhält außerdem zwei neue Arten von Händen und eine erhöhte Arm- und Armmobilität.

Wesley Jo, ein Doktorand an der School of Engineering der Stanford University, sagte, das Projekt sei mit Herausforderungen verbunden, die in keinem anderen System zu finden seien. „Es erfordert viel Umdenken, damit diese Lösungen funktionieren.“

Das Team nutzte das Stanford Recreational Dock, um den Roboter zu testen und Experimente durchzuführen, z. B. das Halten einer Videokamera an einem Ausleger und das Sammeln von Objekten. Dann kam der letzte Test von OceanOneK.

Tieftauchen

Bei einer Mittelmeertour, die im Jahr 2021 begann, tauchte OceanOneK in diese aufeinanderfolgenden Tiefen ab: 406 Fuß (124 Meter) bis zum U-Boot, 1.095 Fuß (334 Meter) bis zu den Überresten des römischen Schiffes und schließlich 0,5 Meilen (852 Meter), um dies zu beweisen hat die Fähigkeit, bis zu fast einem Kilometer zu tauchen. Aber es war nicht ohne Probleme.

OceanOneK kommt für Waren von einem alten römischen Schiff an.

Guo und ein anderer Stanford-Doktorand, Adrian Pedra, mussten nachts während eines Sturms einen der defekten Arme des Roboters auf dem Deck ihres Bootes reparieren.

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„Für mich dauert es acht Jahre, einen Roboter zu bauen“, sagte Pedra. „Man muss verstehen, wie jeder Teil dieses Roboters funktioniert – was alles schief gehen kann, was immer schief geht. Es ist also immer wie ein Puzzle. In der Lage zu sein, in die Tiefen des Ozeans einzutauchen und einige Wracks zu erkunden, die es nicht waren von Es in dieser Nahaufnahme zu sehen, ist sehr bereichernd.“

Die Schüler beheben während der Expedition ein Problem mit OceanOneK.

Während des tiefen Tauchgangs von OceanOneK im Februar stellten die Teammitglieder fest, dass der Roboter nicht aufsteigen konnte, als sie anhielten, um den Schub zu überprüfen. Schwimmer auf den Kommunikations- und Stromleitungen brachen zusammen, wodurch sich die Leitung über dem Roboter aufbaute.

Sie waren in der Lage, die Lücke zu ziehen, und der Abstieg von OceanOneK war ein Erfolg. Auf dem Meeresboden wurde ein Gedenkschild mit der Aufschrift „Robot first touch on deep sea floor / Riesige neue Welt, die Menschen erkunden können“ abgeworfen.

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Al-Khatib, Professor für Informatik, beschrieb die Erfahrung als „unglaubliche Reise“. „Dies ist das erste Mal, dass ein Roboter in der Lage ist, diese Tiefe zu erreichen und mit der Umgebung zu interagieren und es dem menschlichen Bediener zu ermöglichen, diese Umgebung zu spüren“, sagte er.

Im Juli besuchte das Team erneut das Schiff Roman und Crispi. Al-Khatib sagte, dass, während das erste fast verschwunden ist, seine Ladung immer noch auf dem Meeresboden verstreut ist. Auf dem Gelände des römischen Schiffes gelang es OceanOneK, antike Vasen und Öllampen zu sammeln, die noch heute den Namen ihres Herstellers tragen.

Der Roboter platzierte sorgfältig eine Kamera in Crispis zerbrochenem Rumpf, um ein Video von Rost- und Korallenformationen aufzunehmen, während Bakterien sich vom Eisen des Schiffes ernähren.

Der Roboter fährt eine Kamera mit einem Auslegerarm in den Rumpf des italienischen Dampfers Le Francesco Crispi.

„Wir gehen für die Expedition nach Frankreich, und dort, umgeben von einem viel größeren Team, das aus den unterschiedlichsten Bereichen kommt, stellt man fest, dass das Teil dieses Roboters, an dem man in Stanford gearbeitet hat, tatsächlich Teil von etwas viel Größerem ist. “, sagte Pedra.

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„Man bekommt eine Vorstellung davon, wie wichtig das ist, wie modern und wichtig das Tauchen ist und was das für die Wissenschaft im Allgemeinen bedeutet.“

Vielversprechende Zukunft

Das Projekt, das 2014 aus einer Idee hervorgegangen ist, hat eine lange Zukunft geplanter Expeditionen zu verlorenen Unterwasserstädten, Riffen und tiefen Schiffswracks. Die Innovationen von OceanOneK legen auch den Grundstein für sicherere Unterwasserbauprojekte wie die Reparatur von Booten, Docks und Pipelines.

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Eine der kommenden Missionen wird die Erkundung eines Schiffswracks im Titicaca-See an der Grenze zwischen Peru und Bolivien sein.

Aber Khatib und sein Team haben größere Träume für das Projekt: Weltraum.

Al-Khatib sagte, die Europäische Weltraumorganisation habe Interesse an dem Roboter bekundet. Das haptische Gerät an Bord der Internationalen Raumstation wird es Astronauten ermöglichen, mit dem Roboter zu interagieren.

„Sie können mit dem Roboter tief im Wasser interagieren, und das wäre erstaunlich, weil dies die Mission simulieren würde, dies auf einem anderen Planeten oder einem anderen Mond zu tun“, sagte Al-Khatib.