Die DARPA Challenge gilt als die „Olympiade der Robotik“ und ist ein von der US-amerikanischen Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) ins Leben gerufener Wettbewerb für autonome Robotik. Die DARPA erkannte eine technologische Lücke und stellte fest, dass es besserer Technologien für Such- und Rettungsmissionen bedarf, die typischerweise in unvorhersehbaren Umgebungen wie dem Untergrund stattfinden. Um diesem Bedarf gerecht zu werden, rief sie den Wettbewerb ins Leben, um bahnbrechende Forschung im Bereich der autonomen Erkundung und Kartierung unterirdischer Gebiete zu fördern und voranzutreiben.

Die Teilnehmer setzten sich aus Teams aus aller Welt zusammen, von denen einige von DARPA ausgewählt und finanziert worden waren. Ihre Aufgabe bestand darin, mit einer Flotte autonomer Roboter verschiedene reale Szenarien zu erkunden, wie beispielsweise städtische Untergrund-, Tunnel- und Höhlenumgebungen. Die Teams erhielten Punkte für jeden Roboter, der den Standort von eingeschlossenen Überlebenden, Rucksäcken und Mobiltelefonen korrekt meldete, und das Team mit den meisten Punkten gewann die Runde.

Der Wettbewerb wurde 2018 ins Leben gerufen, zu einer Zeit, als Emesent CSIRO daran CSIRO , Lösungen für den Einsatz jenseits der Sichtlinie im Untertagebau zu erforschen. Emesent CSIRO von dieser Herausforderung durch Professor Ronald Arkin vom Georgia Institute of Technology (Georgia Tech). Sie beschlossen, die über 20-jährige Erfahrung der Georgia Tech in der Entwicklung kollaborativer Roboter, die Forschung CSIROzu Bodenrobotern und die Entwicklung autonomer Erkundung und Kartierung in Umgebungen ohne GPS-Empfang Emesentzu bündeln und ein Team zu bilden.

Die erste Herausforderung war der „Tunnel Circuit“, der im August 2019 in den Stollen eines Forschungsbergwerks in Pittsburgh stattfand. Emesent , Forscher und Ingenieure Emesent reisten nach Pennsylvania und schlossen sich ihren Teamkollegen an, um ihre Roboterflotte auf die Gefahren zu testen, denen sie bei einem realen Such- und Rettungseinsatz ausgesetzt wären, wie beispielsweise schwieriges Gelände, physische Hindernisse, Dunkelheit, Staub und Rauch. Die Roboterflotte, die ausgewählt wurde, um sich diesen Gefahren zu stellen, bestand aus fünf Maschinen.

• Der BIA5 OzBot Titan, ein bodengestützter Roboter, der sich auf zwei Raupenketten fortbewegt.
• Bruce, das CSIROData61 entwickelte Hexapod-System, das sich auf sechs spinnenartigen Beinen fortbewegt.
• Ghost, ein vierbeiniger Roboter von Vision60.
• SuperDroid Robots Inc LT2, ein kleinerer Bodenroboter, der sich ebenfalls mithilfe von zwei Raupenketten fortbewegt.
• Hovermap , der auf einer Drohne mit sechs Rotoren Hovermap , dient als Aufklärer und ermöglicht den Zugang zu Bereichen, die für bodengestützte Roboter unzugänglich sind.

Das Team aus Emesent CSIRO – Georgia Tech belegte mit 7 Punkten den fünften Platz – genug, um in die nächste Runde zu kommen, aber 18 Punkte hinter dem Spitzenreiter, was noch viel Raum für Verbesserungen lässt.

Mit einer Vorbereitungszeit von sechs Monaten machte sich das Team Emesent CSIRO Emesent Georgia Tech daran, seine Roboterflotte anzupassen und den Technologie-Stack so aufzubauen, dass ein schneller und effektiver Wechsel der Roboter möglich war.

Der Stadtparcours, die nächste Herausforderung, fand im Februar 2020 auf zwei Strecken statt, die innerhalb eines im Bau befindlichen Kernkraftwerks in Elma, Washington, angelegt waren. Das Team erzielte in dieser Runde neun Punkte und belegte damit den vierten Platz, nur sieben Punkte hinter dem Spitzenreiter.

Das Team arbeitete weiter daran, seine Flotte sowie deren Kooperations- und Autonomiefähigkeiten für die Höhlenparcours-Herausforderung im August 2020 zu verbessern.

Leider änderte sich die Lage, noch bevor viel unternommen werden konnte: Die Weltgesundheitsorganisation erklärte COVID-19 zur Pandemie, und der internationale Reiseverkehr kam praktisch zum Erliegen.

„Die Höhlen-Rallye sollte eigentlich in den USA stattfinden, musste aber wegen COVID-19 umgestaltet werden. Sie wurde dezentral durchgeführt, wobei jedes Team vor Ort seine eigene Veranstaltung organisierte und die Ergebnisse an DARPA zurücksendete“, erklärt Farid.

Das Team aus Emesent CSIRO – Georgia Tech nutzte die Chillagoe Caves, ein natürliches Höhlensystem im äußersten Norden von Queensland, und erzielte dort seine bisher besten Ergebnisse.

„Das war ein Wendepunkt für uns – solche Ergebnisse hatten wir noch nie erzielt. Wir haben in einer sehr anspruchsvollen Umgebung einwandfreie Daten erhalten“, sagt Farid.

Beflügelt von diesem Ergebnis arbeitete das Team weiter daran, die bestmögliche Flotte für das Finale zusammenzustellen, das im September 2021 stattfand und erneut von COVID-19 beeinträchtigt wurde.

„Zwei Drittel unseres Teams konnten aufgrund der australischen Reisebeschränkungen nicht zu den Wettkämpfen in die Vereinigten Staaten reisen.“

„Das erwies sich als großer Vorteil, denn die Herausforderung bestand darin, Roboter an Orte zu entsenden und dort einzusetzen, an die keine Menschen gelangen können. Wir mussten uns besonders bemühen, Roboter zu entwickeln, die nur wenig menschliches Eingreifen erforderten.“

Obwohl das Team weniger Menschen umfasste, stellte die Roboterflotte dennoch eine starke Truppe dar, bestehend aus sechs Robotern, die aufgrund ihrer unterschiedlichen Fortbewegungsarten ausgewählt worden waren, um alle anspruchsvollen Umgebungen mit unbekanntem und abwechslungsreichem Gelände bewältigen zu können.

• Zweibeiniger Roboter: Spot Boston Dynamics
  Diese Roboter eignen sich gut für enge, städtische Umgebungen und Treppen.
• 2 Kettenfahrzeuge, BIA5, ein Unternehmen mit Sitz in Brisbane
  Diese Roboter eignen sich gut für das Befahren von unwegsamem Gelände. Sie können zudem zusätzliche Ausrüstung transportieren, wie beispielsweise die Knotenpunkte für das Mesh-Netzwerk und die Drohnen,
  , um deren Akkulaufzeit zu schonen und sie an den besten Stellen zu positionieren, um gute Ergebnisse zu erzielen.
• 2 Hovermap, Emesent
  Die Drohnen können Bereiche erreichen, die für Bodenfahrzeuge unzugänglich sind, wie Treppenhäuser, vertikale Schächte und Zwischengeschosse.

Unabhängig davon, wie sie sich bewegten, verfügten alle Roboter über fortschrittliche Autonomie- und KI-Fähigkeiten, darunter

• Navigation ohne GPS
• autonome Erkundung
• Zusammenarbeit mit den Mitgliedern des Roboterteams
• Datenaustausch
• Kartierung
• Kameras und andere Sensoren zur Erkennung von Artefakten

Die Abschlussveranstaltung erstreckte sich über vier Tage, mit zwei Vorrunden vor der entscheidenden Preisrunde. Am ersten Tag der Vorrunden erzielte das Team Emesent CSIRO Emesent Georgia Tech die höchste Punktzahl des Tages, indem es sieben Artefakte klassifizierte und geolokalisierte. Es war zudem eines der wenigen Teams, das einen vertikalen Schacht entdeckte und Zugang zu einem Untergeschoss erhielt – dank der Hovermap Drohnen in seiner Flotte sowie der autonom vom Boden aus gestarteten Roboter. Dadurch verfügte es im Vergleich zu anderen Teams über ein größeres Suchgebiet.

Bei ihrem zweiten Einsatz gelang es dem Team erneut, die Drohnen autonom zu starten, um ein größeres Gebiet abzudecken, und sie entdeckten sogar einen Überlebenden, der sich hinter Felsen in einer staubigen, kleinen, höhlenartigen Umgebung versteckt hatte.

Am Ende der Vorrunden lag das Team Emesent CSIRO und Georgia Tech an der Spitze, was bedeutete, dass es als letztes in die Endrunde einziehen würde.

Ihr Lauf verlief reibungslos, und sie teilten sich mit 23 Punkten den ersten Platz. Nach einem spannungsgeladenen Abend, während die Jury alle Ergebnisse auswertete, erfuhren sie, dass sie den zweiten Platz belegt hatten – um nur wenige Sekunden.

„Das ist ein unglaubliches Ergebnis und der Lohn für die jahrelange harte Arbeit und Zusammenarbeit unseres Teams. Ein großes Dankeschön an alle, die an diesem Projekt mitgewirkt haben“, sagte Farid.

„Wir sind sehr stolz auf die Beiträge, die Emesent in den letzten drei Jahren geleistet Emesent , um den Stand der Technik in der Robotik voranzubringen und die Fähigkeiten australischer Unternehmen auf der internationalen Bühne zu präsentieren.“

Obwohl Emesent seine Hovermap für autonome Hovermap und Kartierung bereits seit 2019 kommerziell Emesent , eröffnet die Kombination dieser Technologie mit autonomen Bodenrobotern eine Vielzahl spannender und wertvoller Anwendungsmöglichkeiten für die Zukunft.

So können beispielsweise Drohnen und Bodenroboter durch Zusammenarbeit dazu beitragen, die abgedeckten Bereiche zu maximieren, wodurch der Bedarf an menschlichem Eingreifen weiter verringert wird.

Im Vergleich zu Bodenrobotern haben Drohnen zwar eine begrenzte Betriebsdauer, können jedoch erhöhte Bereiche und Schächte erreichen oder blockierte oder komplexe Umgebungen durchqueren, was Bodenrobotern nicht möglich ist. Außerdem können sie die Bodenfahrzeuge unterstützen, indem sie als Kommunikationsknotenpunkt fungieren und Lageerkenntnisse liefern, damit diese ihre Route optimieren können.

Der ferngesteuerte Start einer Drohne von einem Bodenroboter aus erfolgt vollständig autonom, sobald er vom Bediener mit nur einem Klick ausgelöst wurde. Um dies zu ermöglichen, wurde ein sehr komplexer Prozess automatisiert. Hier sind nur einige der komplexen Aufgaben, die die Roboter ausführen, um einen erfolgreichen Start zu gewährleisten:

• Der Bodenroboter hält an und prüft, ob er sich auf einem ausreichend ebenen Gelände oder mit einer akzeptablen Neigung befindet
• Dadurch werden die Sicherheitskupplungen der Drohne gelöst
• Hovermap, die Nutzlast für Autonomie und Kartierung, wird gestartet
• Hovermap und führt seine Daten mit denen des Bodenroboters zusammen
• Die Bodenkontrollstation und die Vorflugkontrollen sind abgeschlossen
• Die Drohne wird gestartet (die Propeller drehen sich)
• vor dem Start werden Kontrollen durchgeführt
• Der automatische Start wird eingeleitet
• Die autonome Erkundung per Drohne wird gestartet
• Der Bodenroboter passt sich neu an und setzt seine Mission fort
  

„Eine Flotte aus fahrenden, laufenden und fliegenden Robotern zu haben, die komplexe Aufgaben autonom und kooperativ bewältigen, ist ein bedeutender technologischer Meilenstein und ein wichtiger Schritt hin zum Einsatz autonomer Systeme, um Leben zu retten und Menschen zu helfen“, sagte Farid.

Die DARPA Challenge ermöglichte es Emesent die autonomen Fähigkeiten seiner Technologie bei der Erkundung und Kartierung unterirdischer Umgebungen Emesent . Erfahren Sie Farid Kendoul diesem Webinar von Dr. Farid Kendoul , CTO und Mitbegründer Emesent, wie dies gelang.

SEHEN SIE SICH DAS WEBINAR AN