KI-gesteuerte Robotik Autonomer Unterwasser-Roboter sammelt Müll vom Meeresgrund

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94 % des Meeresmülls liegen auf dem Grund der Ozeane. Doch konventionelle Sammelmethoden scheitern. Forscher der TUM haben einen autonomen Tauchroboter entwickelt, der eigenständig Müll vom Meeresboden aufsammelt.

Die Weltmeere enthalten heute 26 bis 66 Mio. Tonnen Müll, wobei sich etwa 94 % auf dem Meeresgrund befinden. Bisher konzentrierten sich Müllsammelaktionen hauptsächlich auf Oberflächenmüll, während Unterwasser-Bergungen meist gefährliche Tauchereinsätze erfordern.

Ein Forschungsteam der TU München hat im EU-Projekt SeaClear nun einen autonomen Tauchroboter entwickelt, der mittels KI-basierter Objekterkennung und präziser Greiftechnik eigenständig Meeresmüll identifiziert und bergen kann. Das System kombiniert Computer Vision, Ultraschalltechnik und adaptive Kraftregelung zu einer vollintegrierten Anwendung.

Mehrstufige Systemarchitektur mit verteilter Intelligenz

Das SeaClear-System arbeitet nach einem hierarchischen Ansatz: Ein unbemanntes Serviceboot kartiert per Ultraschall grob den Meeresgrund und versorgt die Unterwassereinheiten über Kabel mit Strom und Datenverbindung. Ein 50 Zentimeter langer Suchroboter scannt effizient große Areale, bevor der von acht Mini-Turbinen angetriebene TUM-Tauchroboter gezielt zu identifizierten Müllpositionen navigiert.

Die Objektidentifikation stellt besondere Anforderungen an die Bildverarbeitung: Da kaum Trainingsdaten für Unterwasserszenarien existieren, entwickelten die Forscher einen Datensatz mit über 7.000 gelabelten Bildern. Die KI analysiert Kameraaufnahmen und Sonardaten parallel und generiert daraus 3D-Modelle der Zielobjekte.

„Das Sonar ermöglicht Orientierung selbst in trübem Wasser, während die Kameras Detailanalysen liefern“, erklärt Dr. Stefan Sosnowski vom Lehrstuhl für Informationstechnische Regelung.

Adaptive Greiftechnik mit Kraftrückkopplung

Der vierfingrige Manipulator des einen Kubikmeter großen Tauchroboters kombiniert hohe Greifkraft mit präziser Sensorik: Bei einer maximalen Kraft von 4.000 Newton kann er Objekte bis 250 kg handhaben, während integrierte Kraftsensoren eine beschädigungsfreie Manipulation auch fragiler Gegenstände ermöglichen. Die Greifersteuerung nutzt die 3D-Daten zur Optimierung der Griffpunkte und verhindert so Objektschäden durch falsche Kraftverteilung.

Trotz autonomer Navigation behält das 120 kg schwere System eine Kabelverbindung zur Oberfläche. Das ist ein bewusster Kompromiss zwischen Bewegungsfreiheit und Betriebsdauer. Die Kabelversorgung ermöglicht kontinuierlichen Betrieb ohne Batteriewechsel und höhere KI-Performance durch externe Rechenleistung. Auftriebsschaum hält das U-Boot in neutralem Schwebetustand, was präzise Positionierung bei Greifvorgängen ermöglicht.

Kosteneffizienz ab 16 Meter Wassertiefe

Sosnowskis Kosten-Nutzen-Analyse zeigt: Bereits ab 16 Meter Wassertiefe übertrifft das autonome System konventionelle Tauchereinsätze wirtschaftlich. In Dubrovnik dokumentierten die Forscher über 1.000 Müllteile auf 100 Quadratmetern – ein Arbeitspensum, das die Leistungsfähigkeit autonomer Systeme unterstreicht.

Das SeaClear-Projekt demonstriert erfolgreich die Integration verschiedener Robotik-Disziplinen: von der KI-gestützten Perzeption über adaptive Manipulation bis zur Multi-Roboter-Koordination. Für die maritime Robotik eröffnet das System vielfältige Anwendungsfelder jenseits der Müllentsorgung: von Infrastrukturinspektion bis zur Unterwasser-Archäologie. (heh)

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