Autonome Umwelttechnik TUM präsentiert KI-Tauchroboter für präzise Hafenreinigung

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Müllroboter statt Taucher: Im EU-Projekt SeaClear hat die TU München ein Unterwasserfahrzeug entwickelt, das mithilfe von Künstlicher Intelligenz (KI) Müll identifiziert, in 3D modelliert und autonom an die Oberfläche bringt. Bei einer Demo in Marseille holte es E-Scooter und Reifen aus dem Hafenbecken.

Jahr für Jahr landen Millionen Tonnen Abfall in den Weltmeeren. Besonders in Häfen sammeln sich Fahrräder, E-Scooter, Autoreifen oder alte Netze am Grund – eine gefährliche Mischung für Ökosysteme und die Schifffahrt. Bisher übernehmen Taucher mühsam die Bergung. Ein Forschungsteam der Technischen Universität München (TUM) will diesen Job automatisieren: Gemeinsam mit europäischen Partnern hat es einen autonomen Tauchroboter entwickelt, der Abfälle am Meeresgrund aufspürt, greift und an die Oberfläche bringt.

Das Projekt trägt den Namen SeaClear und wird im Rahmen von Horizon 2020 von der EU gefördert. Das System besteht aus einem unbemannten Serviceboot, einer Drohne, einem Suchroboter und dem eigentlichen Tauchroboter der TUM. Bei einer Vorführung in Marseille konnte das Gesamtsystem erstmals öffentlich zeigen, wie es arbeitet: Das Serviceboot versorgt die Roboter per Kabel mit Strom und Daten, kartiert den Untergrund per Ultraschall und gibt Zielkoordinaten an den Suchroboter weiter. Dieser scannt den Meeresboden und meldet Funde an das U-Boot der TUM.

KI erkennt und vermisst Müll

Der Clou liegt in der Bildverarbeitung. Der Tauchroboter kombiniert Kameradaten mit Sonar und setzt ein neuronales Netz ein, das speziell auf Unterwassermüll trainiert wurde. Da es dafür kaum bestehendes Bildmaterial gibt, haben die Forscher mehr als 7.000 Bilder manuell gelabelt. So kann die Künstliche Intelligenz auch in trübem Wasser unterscheiden, ob es sich um einen Stein, eine Alge oder ein Müllteil handelt. Anschließend werden die Objekte in 3D rekonstruiert.

„Das ist wichtig, um zu entscheiden, wo das Objekt stabil gegriffen werden kann“, erklärt Dr. Stefan Sosnowski vom Lehrstuhl für Informationstechnische Regelung der TUM. Der Roboterarm setze dann zum präzisen Zugriff an. Die vierfingrige Greiferhand könne mit bis zu 4.000 Newton zupacken und Lasten bis 250 Kilogramm bergen – passe ihre Kraft jedoch dynamisch an, damit empfindliche Objekte nicht zerbrechen.

Autonomie statt Dauer-Tauchgang

Der Roboter selbst ist rund einen Kubikmeter groß, wiegt 120 Kilogramm und wird von acht Mini-Turbinen bewegt. Dank Auftriebsschaum kann er bei ausgeschalteten Turbinen nahezu schwebend verharren – ein Vorteil, wenn er sich millimetergenau an Objekte herantasten muss. Die Kabelverbindung sorgt nicht nur für eine stabile Energieversorgung, sondern erlaubt auch den Einsatz rechenintensiverer KI-Algorithmen an Bord des Servicebootes. Außerdem dient das Kabel als Seilwinde, um schwere Teile nach oben zu ziehen.

Die geborgenen Objekte landen schließlich in einem autonomen Beiboot, das als schwimmender Müllcontainer dient. Laut einer Kosten-Nutzen-Analyse der TUM rechnet sich das System vor allem ab einer Tiefe von 16 Metern – dort, wo Tauchgänge besonders aufwendig und teuer sind.

Die Forscher sehen in dem Ansatz einen Weg, um Hafengründe und Küstenabschnitte künftig systematisch zu säubern. In einem Pilotversuch in Dubrovnik zählten sie auf nur 100 Quadratmetern mehr als 1.000 Müllteile.

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