NASA: Schlangenähnlicher Roboter EELS soll Saturn-Mond erkunden

Das Jet Propulsion Laboratory (JPL) der US-Weltraumagentur NASA hat einen schlangenförmigen vielseitigen Roboter erprobt, der unzugängliche Gebiete autonom erkunden soll. Dabei kann der Exobiology Extant Life Surveyor (EELS) schwieriges Gelände selbstständig kartieren, wie das JPL am Montag mitteilte. Langfristig ist geplant, dass der Roboter den Saturn-Mond Enceladus erforscht.

Enceladus ist einer von 83 Monden des Saturn. Dort herrschen eisige Bedingungen. Unter der Eiskruste soll der EELS eingesetzt werden, sich durch kleine Spalte hindurchzuschlängeln und in den dortigen Ozeanen nach Leben zu suchen. Um das zu erreichen, muss der Roboter einige Anforderungen erfüllen. Nur so kann er an Orte gelangen, an die andere Roboter nicht hinkommen. Schlangen etwa können dies und so ist EELS auch bau- und bewegungstechnisch an den Reptilien angelehnt konzipiert.

Schraubenantrieb

Seit 2019 arbeitet das JPL an dem Roboter. Seitdem hat er viele Überarbeitungen und Tests erfahren. In der aktuellen Version EELS 1.0 ist er rund 4 m lang und wiegt 100 kg. Er besteht aus zehn identischen Segmenten. Die können sich drehen und treiben ein schraubenartiges Gewinde an, das zur Fortbewegung dient. Das Konstrukt hat gleich mehrere Vorteile: Es hat eine gute Traktion auch auf losem Untergrund wie etwa Schnee und zugleich kann es sich mit dem Schraubenantrieb festhalten. Dazu haben die Entwickler verschiedene Schraubentypen getestet – darunter Kunststoffschrauben aus dem 3D-Drucker mit einem Durchmesser von 20 cm für losen Untergrund sowie schmalere, schärfere Metallschrauben für die Fortbewegung auf Eis.

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In den letzten Monaten haben die Forschenden den EELS monatlich in Feldtests ausprobiert: am "Mars Yard" des JPL, in den Bergen eines südkalifornischen Skigebiets sowie in einer örtlichen Eishalle. Dabei wurde der Roboter auf vereisten, verschneiten und sandigen Untergründen getestet. Der EELS muss in der Lage sein, sich autonom fortzubewegen und selbstständig den "richtigen" Weg durch das Gelände zu finden. Dabei muss er auf sich gestellt Risiken kalkulieren und zugleich Daten mit wissenschaftlichen Instrumenten sammeln. Sollte etwas schiefgehen, muss sich der Roboter selbst wieder aus der Patsche befreien können. Denn menschliche Hilfe ist aufgrund der Kommunikationsverzögerung zwischen der Erde und seinem angedachten Einsatzgebiet fern.

EELS hat dazu einen Sensorkopf, der mit Lidar- und Stereokameras ausgerüstet ist. Damit kann er eine 3D-Karte seiner Umgebung erstellen. Anhand dieser Daten ermittelt EELS den sichersten Weg nach vorn. Dazu greift er geländeabhängig auf eine Bibliothek verschiedener Gangarten zurück. So kann er sich durch enge Spalte quetschen, sich seitlich bewegen und sich sogar in sich selbst einrollen.

Weiterentwicklung und Tests

Damit es mit der Fortbewegung klappt, soll die endgültige Version von EELS 48 Aktuatoren in Form von kleinen Elektromotoren umfassen. Einige davon verfügen über einen Kraft-Drehmoment-Sensor, der dem Roboter Rückmeldung darüber gibt, wie viel Kraft er auf den Untergrund ausübt. Dadurch kann er sich etwa in Spalten an gegenüberliegenden Wänden abstützen und sich vertikal aufwärts oder abwärts bewegen.

Dies hat das Entwicklerteam bereits 2022 in einem vertikalen Schacht des Athabasca-Gletschers in British Columbia erfolgreich ausprobiert. Im September 2023 wollen sie den Test mit einer überarbeiteten Fassung von EELS wiederholen und weitere Formen der Mobilität unter der Gletscheroberfläche als Vorbereitung auf den Eismond Enceladus testen. Dabei soll der Roboter auch gleich einige physikalische und chemische Daten über den Gletscher sammeln. Dazu rüsten ihn die Forschenden mit passender Sensorik aus.

Bei der Entwicklung des EELS ist das Team von den herkömmlichen Methoden, etwa bei der Erstellung von Raumfahrzeugen, abgewichen. Bei Robotern verfolge man die Philosophie, viele schnelle Entwicklungsschritte mit vielen Test- und Korrekturzyklen durchzuführen. "Es gibt Dutzende von Lehrbüchern darüber, wie man ein vierrädriges Fahrzeug konstruiert, aber es gibt kein Lehrbuch darüber, wie man einen autonomen Schlangenroboter konstruiert, der kühn dorthin geht, wo noch kein Roboter zuvor gewesen ist. Wir müssen unser eigenes Buch schreiben. Und genau das tun wir jetzt", sagt Hiro Ono, leitender Wissenschaftler beim EELS-Projekt.

(olb)