LunarAssembly

Jüngste wissenschaftliche Entdeckungen über das Vorhandensein von Wassereis auf dem Mond haben zu einem größeren Interesse an Mondmissionen geführt. Für den Bau und die Wartung zukünftiger Mondbasen werden Robotertechnologien von entscheidender Bedeutung sein. Die Teleoperation von Robotersystemen ist eine etablierte Technologie, die es einem Bediener ermöglicht, einen Roboter von einer entfernten Bedienerstation aus zu steuern. Der Grad der Immersion des Bedieners in die entfernte Szene kann durch den Einsatz von haptischem Feedback deutlich erhöht werden. Allerdings kommt es bei der Teleoperation eines Roboters auf dem Mond von der Erde zu erheblichen Zeitverzögerungen in der Größenordnung von mehreren Sekunden, die den Einsatz heutiger Teleoperationstechnologien in solchen Szenarien verhindern. Während wirksame Steuerungsmethoden verfügbar sind um Signalverzögerungen von bis zu ~1 Sekunde zu bewältigen, nimmt die Leistung dieser Algorithmen mit längeren Verzögerungen drastisch ab. Motiviert durch die Vision zukünftiger Mondbasen besteht unsere Hauptforschungsherausforderung in LunarAssembly in der Frage, wie eine effektive Teleoperation für große Zeitverzögerungen bis in die Größenordnung von 3 Sekunden realisiert werden kann. Unser Ansatz basiert auf drei wissenschaftlichen Säulen: Extended-Reality-Techniken, maschinellem Lernen zum Kompetenzerwerb und der haptischen Teleoperation. Zunächst nutzen wir Techniken der Extended- Realty (XR), um ein immersives Modell der entfernten Umgebung zu erhalten. Basierend auf diesen Modellen werden wir Manipulationsaufgaben in einer lokalen Laborumgebung durchführen, wo Fähigkeiten durch Demonstrationen mittels Teleoperation ohne Zeitverzögerung erlernt werden. Die Fähigkeiten werden dann auf das Remote-System übertragen und in unserem Steuerungskonzept über direkte haptische Fernsteuerung durch den Bediener erweitert und angepasst, um auf unvorhergesehene Situationen und Modellfehler zu reagieren. Hierbei müssen die Regelungsalgorithmen für die haptische Fernsteuerung auch bei großen Zeitverzögerungen stabil bleiben und gleichzeitig eine hohe Transparenz anstreben. Das LunarAssembly-Projekt befasst sich somit mit einer grundlegenden wissenschaftlichen Herausforderung, nämlich der Teleoperation von Robotersystemen unter großen Zeitverzögerungen, motiviert durch ein Szenario der Fernmontage auf dem Mond. Wir glauben, dass solch lange Signalverzögerungen neue Paradigmen für die Teleoperation erfordern, mit einem angemessenen Zusammenspiel zwischen autonomen Funktionen und menschlichem Eingreifen.