Unter dem Namen SeaClear haben Wissenschaftler:innen der Technischen Universität in München ein neuartiges Robotersystem entwickelt. Dieses soll in Zukunft selbstständig und unbemannt Plastikmüll aus den Meeren fischen.
Pro Minute werden 17 Tonnen Plastikmüll in die Ozeane gekippt. Mehr als zehn Millionen Tonnen Abfälle landen jedes Jahr in unseren Ozeanen. 80 Prozent dieser Abfälle bestehen aus Plastik.
Laut Angaben des Naturschutzverband Deutschland (NABU) braucht eine Plastiktüte circa 20 Jahre, bis sie zerfällt. Bei einer Getränkedose dauert es sogar rund 200 Jahre und eine Plastikflasche benötigt sogar 450 Jahre, um zu zerfallen.
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Unser Müll kostet jährlich circa 135.000 Meeressäugern und etwa eine Million Meeresvögel das Leben. Plastikpartikel sind zudem auch eine Gefahr für den Menschen. Sie ziehen im Meerwasser gelöste Umweltgifte an und töten Muscheln und Korallen.
Korallen wiederum bieten allerdings circa einem Viertel aller marinen Organismen einen Lebensraum, sind die wirtschaftliche Grundlage für etwa eine halbe Milliarde Menschen und binden Kohlenstoffdioxid.
Deutsches Robotersystem will Meeresböden reinigen
Um unsere Ozeane von Plastikmüll zu befreien, entwickeln Forscher weltweit stetig neue Geräte und Systeme. Ein derartiges Projekt gibt es auch in Deutschland.
Unter dem Namen SeaClear haben Wissenschaftler:innen der Technischen Universität in München ein Robotersystem entwickelt, dass Plastikabfälle in Zukunft selbstständig aufspüren, kartieren und einsammeln soll.
Das robotische System besteht aus drei Komponenten. Zunächst scannt ein unbemanntes Überwasserschiff namens „SeaCat“ ein verschmutztes Areal.
Mithilfe eines sogenannten Fächerecholots erstellt das System dann eine bathymetrische 3D-Karte des Meeresbodens. Große Stücke Müll können so bereits einfach gefunden und auf der Karte markiert werden.
DJI-Drohne unterstützt Unterwasserroboter bei der Müllsuche
Bei klaren Sichtverhältnissen scannt zusätzlich eine Drohne den Bereich. Dazu hat das Team von SeaClear eine DJI Matrice M210 RTK modifiziert. Durch ein Strom-und Datenkabel ist die Drohne direkt mit der SeaCat verbunden.
Per Drohne können Müllansammlungen so bereits aus der Luft identifiziert werden. Im nächsten Schritt können sie dann von einem Unterwasserroboter untersucht werden.
Dieser Roboter namens miniTortuga macht gezielte Nahaufnahmen des Meeresbodens, um dort kleinere Abfälle zu finden und sie auf der 3D-Karte zu platzieren. Dazu nutzt er eine Kamera und ein Sonar. Weitere integrierte Sensoren und Metalldetektoren unterstützen die Suche.
Unterwasserroboter saugen und greifen den Müll ab
Zuletzt kommt ein größerer Unterwasserroboter namens Tortuga ins Spiel. Dieser sammelt jedes auf der 3D-Karte markierte Abfallstück ein. Dazu wurde der Roboter mit einem speziellen Greifer ausgestattet. Eine Saugvorrichtung hilft zudem dabei, schwierig zu greifende Gegenstände zu bergen.
Abgelegt werden die gefundenen Stücke Abfall dann in einem Korb, der von der SeaCat ins Wasser gesetzt wurde. Die Öffnung des Korbes wurde so entwickelt, dass sie mit dem Greifer zusammenarbeitet. Diese Verbindung verhindert, dass schwimmende Abfälle wieder zurück ins Wasser gelangen.
Außerdem sendet der Korb Signale aus, um dem Sammelroboter zu helfen die Öffnung des Korbes zu lokalisieren.
Robotersystem operiert durch KI und Machine-Learning-Techniken
Um die Route und Bewegungen aller Komponenten des Robotersystems zu steuern, nutzt das Team von SeaClear intelligente Techniken wie zum Beispiel Reinforcment-Learning.
Eine Künstliche Intelligenz (KI) sowie Deep-Learning-Objekterkennungstechniken helfen den Robotern zudem dabei Müll von Meereslebewesen zu unterscheiden.
Im September 2021 wurde das SeaClear Robotersystem bereits im kroatischen Dubrovnik getestet. Weitere Tests sollen im Mai 2022 folgen.
Das Ziel von SeaClear sei es etwa 80 Prozent des Unterwassermülls zu klassifizieren und mit einer Quote von 90 Prozent einzusammeln. Natürlich steht das Entwickler-Team dabei vor einigen Herausforderungen.
Roboter haben Probleme im Wasser
„Autonome Roboter für den Einsatz unter Wasser zu entwickeln stellt eine ganz besondere Herausforderung“, so der Technische Leiter des Projekts Stefan Sosnowski.
Vor allem müsse sich der Roboter unter Wasser gegen starke Strömungen durchsetzen und die Bewegung richtig aussteuern.
Für SeaClear-Projektleiterin Sandra Hirche stellt auch die ungewohnte Rechenleistung eine Hürde dar: „Es gibt keine Anbindung an große Rechenzentren mit Hochleistungscomputer. Die Algorithmen, die wir entwickeln, müssen daher möglichst effizient und ressourcenschonend sein“, so die Professorin.
Auch andere Projekte suchen nach dem Unterwasser-Müll
Das deutsche SeaClear-Projekt ist allerdings nicht das einzige technische System im Kampf gegen die Verschmutzung unserer Meere.
Tschechischer Mikroroboter frisst Mikroplastik
Im Mai 2021 haben Wissenschaftler:innen der tschechischen Universität für Chemie und Technologie in Prag einen Artikel im Wissenschaftsmagazin ACS Applied Materials & Interfaces veröffentlicht. Dort stellen sie Mikroroboter vor, die Mikroplastik zersetzen können.
In dem Artikel beschreiben die Forscher:innen, dass die intelligenten Mikroroboter von sichtbarem Licht angetrieben werden. Außerdem hätten sie die Fähigkeit, Mikroplastik in einem komplexen Mehrkanallabyrinth einzufangen und abzubauen.
12-Jährige entwickelt Roboter gegen Mikroplastik
Im Januar 2019 berichteten zahlreiche Medien über die Erfindung der Schülerin Anna Du. Die erst 12-Jährige nahm bei einem Wissenschaftswettbewerb in Massachusetts teil.
Dort stellte sie einen selbstentwickelten intelligenten Roboter vor, der durch Infrarotstrahlung Mikroplastik im Meer identifizieren kann.
Drohnen-Haie reinigen stille Gewässer
Das niederländische Unternehmen RanMarine hat die autonome Wasserdrohne WasteShark entwickelt. Sie hat ungefähr die Größe eines Kanus und siebt durch stille Gewässer in Häfen, Seen und Teichen. Dabei schluckt es im Wasser schwimmende Abfälle und Öle.
Das Gerät kann täglich etwa eine halbe Tonne Müll sammeln, der dann an Land gebracht und dort recycled werden kann. Während der Sammelaktion ist die Drohne außerdem in der Lage die Qualität des Wassers zu messen.
Etwa 26 WasteSharks sind weltweit im Einsatz und reinigen Beispielsweise die Gewässer in den Disney-Freizeitparks sowie die Häfen in Spanien.
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