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Innovativer Roboter im Erdbeben-Einsatz

Erdbeben stellen Rettungskräfte bei der Suche nach Überlebenden vor schwierige Aufgaben. 

Traditionell versuchen diese zunächst, mithilfe von Hunden zu bestimmen, in welchen Bereichen etwa eines eingestürzten Gebäudes sich die verschütteten Personen befinden. Danach dienen Klopfzeichen der Kontaktaufnahme. Bewusstlose können so jedoch nicht erreicht werden. Um Trümmer genau zu inspizieren, wird ein Teleskoparm eingesetzt, der mit einer Kamera sowie einem Mikrofon und einem Lautsprecher versehen ist, um Kontakt aufzunehmen. Trotz einer Rotationsfunktion ist ein solcher Arm jedoch zu unflexibel, um Einsturzstellen eingehend zu untersuchen. Damit geht auch eine nicht zu unterschätzende Gefahr für die Rettungstruppen einher, die nicht genau wissen, womit sie es zu tun haben. Ein Projekt von Studenten der ETH Zürich hat es sich daher zum Ziel gesetzt, mit einem eigens entwickelten Such- und Rettungsroboter die Einsatzkräfte zu unterstützen. Dank einer speziellen Fortbewegungstechnik schlängelt er sich vorsichtig vorwärts – daher der einprägsame Name „RoBoa“. Für die stationäre Box, die den Erdbeben-Roboter mit allem Wichtigen versorgt, setzt das RoBoa-Team auf die Profiltechnik des MB Systembaukastens von item.

Eine Idee – unbegrenzte Möglichkeiten

Flexibel, robust und hochwertig: Der item MB Systembaukasten ist seit über 40 Jahren die optimale Lösung für alle konstruktiven Aufgaben im Maschinen- und Betriebsmittelbau.
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Innovative Technik zur sicheren Fortbewegung im Erdbebengebiet

Die RoBoa entstand im Rahmen eines Fokusprojekts am Zürcher Autonomous Systems Lab, das von Professor Roland Siegwart geleitet wird. Ziel eines solchen Fokusprojekts am Ende des Bachelorstudiums ist es immer, innerhalb von 9 Monaten einen funktionsfähigen Prototypen zu entwickeln. Hierbei können die Studierenden unschätzbare Praxiserfahrungen sammeln: „Das bringt uns sehr viel. Wir können Wissen konkret anwenden und einfach Ingenieure sein“, sagt Maschinenbaustudent Yves Haberthür aus dem achtköpfigen RoBoa-Team*. Damit der Roboter keine Reibung verursacht und sich problemlos durch schwieriges Terrain bewegen kann, kommt eine komplexe Umstülp-Technik zum Einsatz. Zu diesem Ansatz hat in der Vergangenheit bereits die Standford University geforscht. Im Inneren eines Schlauchs mit einem Durchmesser von 101 mm aus beschichtetem Nylon befindet sich eine „Internal Robot“ getaufte Konstruktion. Diese besteht aus zwei pneumatischen Aktuatoren und ist mit zwei weiteren Teilen der RoBoa verbunden. Zum einen mit dem Kopf, an dem sich Sensoren für die Temperatur sowie eine Kamera, ein Mikrofon und ein Lautsprecher befinden, um durch den Roboter mit Erdbebenopfern zu kommunizieren. Zum anderen mit einer stationären Box, die den Anfang des Schlauchs, Kabel, pneumatische Schläuche und die Elektronik enthält.

Minimale Reibung zwischen der RoBoa und der Umgebung

„Wenn wir den Druck im Schlauchinneren erhöhen, dann stülpt sich der Schlauch nach außen und der Roboter bewegt sich fort. Der entscheidende Vorteil besteht darin, dass wir die Reibung auf ein Minimum reduziert haben. Das liegt daran, dass sich die kleinen Schläuche für die Versorgung im größeren Schlauch bewegen. Wir haben zudem eine dezentralisierte Lösung. Es gibt also nur einen kleinen Luftschlauch für vorne und ein Ethernetkabel für Strom und Daten. Dann übernimmt der Internal Robot die Verteilung auf die Segmente“, erklärt Herr Haberthür. Somit bleibt der Roboter im Geröll nicht stecken. Beim Vorgängerprojekt Proscobis war das Gegenteil der Fall: Da dieser Roboter auf externe Kabel und Schläuche angewiesen war, wurden Letztere für jedes Segment mitgeschleift, was dazu führte, dass es nach einigen Metern nicht mehr weiterging. Ein Segment der RoBoa besteht aus einem Aktuator und einer Ventilinsel mit zugehöriger Elektronik. Pro Segment lässt sich der Internal Robot um circa 90 Grad biegen.

Bei item hat man alles in einem. Das ist ein echtes Gesamtpaket, es gibt für alles eine Lösung.

Bei der RoBoa wird der Schlauch durch die quaderförmige Box mit Luftdruck versorgt – und kann eine maximale Länge von 17 Metern erreichen. Aufgrund seiner geringen Breite passt er auch durch kleine Öffnungen. Die Steuerung erfolgt mittels eines Joysticks, der Seitwärtsbewegungen des Kopfes auslöst. Bei der Recherche nach Material für die Konstruktion der 460 x 460 x 500 mm großen Versorgungsbox wurde das Team auf die Profiltechnik von item aufmerksam. Neben der Qualität des Materials für die Rahmenkonstruktion und Platten rundherum konnte hier auch der Gesamteindruck überzeugen: „item ist einfach nett und zuvorkommend, man hat uns gerne unterstützt. Und wenn man etwas im item Engineeringtool konstruiert, bekommt man alles so geliefert. Bei item hat man alles in einem. Das ist ein echtes Gesamtpaket, es gibt für alles eine Lösung“, betont Yves Haberthür.

So sieht der komplexe Aufbau des Internal Robot im Detail aus.

Erdbeben-Roboter beweist öffentlich sein Können

Während der Entwicklung des Roboters arbeitete das RoBoa-Team mit den offiziellen Stellen der Rettungstruppen der Schweizer Armee und des Schweizer Drohnen- und Robotik-Zentrums zusammen. Der erste Prototyp der RoBoa wurde daher im Juli 2020 im Rahmen der ARCHE (Advanced Robotic Capabilities for Hazardous Environments) der Öffentlichkeit vorgestellt. Bei dieser alljährlichen Veranstaltung im Ausbildungszentrum der Schweizer Rettungstruppen in Wangen an der Aare stehen die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten der Robotik für die Katastrophenhilfe auf dem Programm. Nach einer Projektpräsentation musste sich der Erdbeben-Roboter im Praxiseinsatz bewähren: Es galt, ein unter Trümmerteilen verstecktes Teammitglied aufzuspüren – eine Aufgabe, welche die RoBoa mit Bravour erledigte. Derzeit ist das Team mit der Entwicklung des reiferen zweiten Prototypen beschäftigt. Neben einer Wasserversorgung und optimierter Steuerung, inklusive Rückwärtsbewegung, ist auch eine Überarbeitung der Versorgungsbox geplant. Der zweite RoBoa-Prototyp wird auf der ARCHE 2021 präsentiert.

 

In diesem realistischen Szenario wurde die RoBoa im Einsatz gezeigt.

* Die weiteren Teammitglieder sind Samuel Sigrist, Patricia Hörmann, Pascal Auf der Maur, Alexander Kübler, Michael Lustenberger, Betim Djambazi und Oda Vigen.

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