Erforschung der Mensch-Roboter-Zusammenarbeit unter Wasser: Innovationen des MIT Lincoln Laboratory

Wenn auf einer Insel der Strom ausfällt, kann es mit herkömmlichen Methoden schwierig sein, einen Bruch im Unterwasserkabel zu lokalisieren. Bisher musste dazu die gesamte Leitung hochgezogen oder mit ferngesteuerten Fahrzeugen (ROVs) abgesucht werden. Aber was wäre, wenn es einen intelligenteren Ansatz gäbe? Ein vom MIT Lincoln Laboratory geleitetes Projekt untersucht diese Möglichkeit und konzentriert sich auf die Entwicklung eines autonomen Unterwasserfahrzeugs (AUV), das die Leitung kartieren und die Fehlerstelle identifizieren kann.

Ein neuer Ansatz für Unterwassereinsätze

Dieses bahnbrechende Projekt ist Teil eines intern finanzierten Forschungs- und Entwicklungsportfolios, das sich auf autonome Systeme konzentriert und vom MIT betrieben wird. Gruppe für fortgeschrittene Unterwassersysteme und -technologie. Seine Aufgabe ist es, maritime Missionen für das US-Militär zu optimieren, von der Inspektion und Reparatur kritischer Infrastrukturen bis hin zu Such- und Rettungsaktionen, Hafeneinfahrten und Minenräumung. All dies geschieht durch die effektive Kombination der Stärken von Menschen und Robotern.

Die ideale Interaktion zwischen Mensch und Roboter unter Wasser stellt jedoch immer noch eine große Herausforderung dar. “Taucher und AUVs arbeiten unter Wasser in der Regel überhaupt nicht zusammen”, sagt die leitende Forscherin Madeline Miller. Aufgaben wie die Reparatur von Unterwasserinfrastrukturen oder die Entschärfung von Minen erfordern in der Regel die Beteiligung des Menschen, da selbst ROVs nicht mit der menschlichen Finesse mithalten können. Raue Bedingungen erschweren dem Menschen schnelle Bewegungen und komplexe mentale Berechnungen, trotz seiner hervorragenden Fähigkeiten zur Objekterkennung. Roboter sind zwar nicht wendig, haben aber eine höhere Verarbeitungsleistung, eine schnellere Mobilität und eine bessere Ausdauer.

Um die Fähigkeiten von Mensch und Roboter in Einklang zu bringen, entwickeln Miller und ihr Team Hardware und Algorithmen für die Unterwassernavigation und -wahrnehmung. Taucher haben oft nur einen Kompass zur Orientierung und zählen ihre Tritte, um die Entfernung zu bestimmen. Die frühe Orientierung kann bei trüben Bedingungen eine Herausforderung sein. Die Roboter müssen ihre Umgebung genau wahrnehmen, um die Taucher zu unterstützen, aber optische Sensoren haben bei Dunkelheit und Wassertrübung Probleme. Akustische Sensoren liefern ungenaue Bilder und heben nur Formen und Schatten hervor.

Innovation am Horizont

Trotz dieser Herausforderungen arbeitet das Team eifrig an Lösungen für die Navigation und Wahrnehmung an unbekannten Orten unter Wasser. Sie haben sich die Arbeit des MIT-Gruppe für Meeresrobotik, unter der Leitung von John Leonard, um Algorithmen zu entwickeln, die das Teaming zwischen Taucher und AUV fördern. Diese Algorithmen wurden in ein entsprechendes AUV implementiert und unter praktischen Meeresbedingungen erprobt, wobei ein Begleitboot als Taucherersatz verwendet wurde, bevor man mit echten Tauchern fortfuhr.

Erste Tests haben gezeigt, dass die Meeresströmungen mehr Erfassungsmöglichkeiten erfordern. Das Fahrzeug muss häufig die Entfernung zum Taucher bestimmen, um eine effektive Schätzung der Position über die Zeit zu erhalten. Die realen Kräfte im Meer erschweren jedoch die Optimierung.

Das Team arbeitet nun an einem KI-Klassifikator, der optische und Sonardaten während der Mission verarbeitet und bei unsicheren Klassifizierungen auf menschliche Eingaben zurückgreift. Diese Rückkopplungsschleife erfordert ein akustisches Unterwassermodem für die Kommunikation zwischen Taucher und AUV. Die Unterwasserkommunikation stellt jedoch aufgrund der begrenzten Datenraten eine Herausforderung dar, die das Team dazu veranlasst, Datenkomprimierungstechniken innerhalb dieser Grenzen zu erforschen.

Ausführliche Tests mit Tauchern fanden an verschiedenen Orten an der Küste Neuenglands statt, darunter auch im offenen Meer bei Portsmouth, New Hampshire. Das Team nutzte die University of New Hampshire's Golf Vermesser und Golf Challenger küstennahe Forschungsschiffe als Tauchersurrogate. Letzten Sommer schließlich wurde die Ausrüstung mit echten menschlichen Tauchern am Institut der Michigan Technological University Forschungszentrum für die Großen Seen.

Da sich dieses bahnbrechende Projekt seinem Ende nähert, hofft das Team, externe Sponsoren zu finden, um seine Bemühungen fortzusetzen und seine Arbeit an militärische oder kommerzielle Partner weiterzugeben. Die Aufgabe ist gewaltig, denn unsere moderne Welt ist in hohem Maße auf Unterwasser-Telekommunikations- und Stromkabel angewiesen. Um diese Kabel vor Störungen zu schützen und den strategischen Vorteil der USA unter Wasser aufrechtzuerhalten, bedarf es einer Kombination aus hochwertiger künstlicher Intelligenz und menschlichen Fähigkeiten.

Wenn Ihr Unternehmen die KI-Automatisierung erforscht, besuchen Sie implementi.ai um potenzielle Chancen aufzudecken. Ausführlichere Informationen über diese unglaubliche Studie finden Sie im Originalartikel auf MIT-Nachrichten.