Roboter 'Hunde', um die Start- und Landebahnen der USAF von gefährlichen Trümmern freizuhalten

Ein als „Roomba für Start- und Landebahnen“ bezeichneter Roboter, der derzeit für die US-Luftwaffe entwickelt wird, könnte dabei helfen, zu verhindern, dass Fremdkörper Flugzeuge beschädigen.

Fremdkörperschutt oder FOD – alles, was sich nicht auf dem Rollfeld befinden sollte – verursacht der Luftfahrtindustrie jedes Jahr schätzungsweise Verluste in Höhe von 4 Milliarden US-Dollar. FOD-Schäden können katastrophal sein und zum Absturz des Air-France-Flugs 4590 Concorde unmittelbar nach dem Start führen, wobei im Jahr 109 alle 2000 Menschen an Bord ums Leben kamen.

Gemäß den FAA-Vorschriften müssen Flughäfen regelmäßige FOD-Inspektionen durchführen. Beim Militär kommt es auf Landebahnen und Flugdecks häufig zu FOD-Walkdowns, bei denen verfügbares Personal gerufen wird, um die Fluglinie entlang zu gehen und nach potenziell gefährlichen Objekten zu suchen.

Die Gefahr ist zweifach. Jeder Schmutz kann einen Reifen beschädigen oder in den Motor gelangen und kann auch ein wichtiger Hinweis auf andere Probleme sein. Wenn einem Flugzeug eine Mutter, eine Schraube, ein Befestigungselement oder ein anderes Bauteil fehlt, kann dies schwerwiegendere Probleme verursachen.

Viele Flughäfen verfügen über hochentwickelte Radarsysteme zur Erkennung von FOD, diese sind jedoch kostspielig und bieten nicht unbedingt eine vollständige Abdeckung. Daher sind Walkdowns und Drive-Downs immer noch Alltag.

Eine neue Technologie, die für die Luftwaffe entwickelt wird, soll das ändern.

Der vierrädrige Roboter namens FOD Dog wird im Rahmen eines in diesem Monat unterzeichneten Vertrags mit der US-Luftwaffe entwickelt. Der Geschäftsbereich Government Technologies von Siemens ist Hauptauftragnehmer, während die Subunternehmer TurbineOne am Wahrnehmungssystem beteiligt sind. Der Vertrag hat eine Laufzeit von einem Jahr, wobei bis Januar nächsten Jahres ein voll funktionsfähiger Prototyp des Systems vorgeführt werden soll.

Der Roboter selbst ist ein einfaches, robustes Chassis mit einem Elektromotor und scannt Landebahnen mithilfe handelsüblicher Lasersensoren nach Fremdkörpern. Diese erfassen das Profil von Bodenstreifen und erkennen alles, was aus der Oberfläche herausragt. Der Vorteil des Scanners gegenüber einer Kamera besteht darin, dass er einfacher ist und bei schlechten Sichtverhältnissen wie Schlagregen genauso gut funktioniert.

Die wahre Magie liegt jedoch in der Technologie, die Scannerdaten auswertet, um FOD zu erkennen und zu identifizieren. CEO von TurbineOne Ian Kalin – der während seines Dienstes in der US-Marine an FOD-Walkdowns teilgenommen hat – sagt, dass dahinter drei grundlegende Technologien stecken.

„Erstens gibt es Graphical Processor Units (GPUs) von Unternehmen wie NVIDIA
NVDA
. „Diese kleinen, robusten Boards sind der neue Industriestandard für die Videoverarbeitung“, sagte Kalin gegenüber Forbes. Dies sind die Einheiten, die den Fortschritt bei kleinen Drohnen und anderen mobilen Robotik vorantreiben.

„Zweitens haben Modelle des maschinellen Lernens Wellen der ‚Miniaturisierung‘ durchlaufen, was im Grunde bedeutet, dass Code, der früher große Rechenressourcen und viele Gigabyte erforderte, jetzt mit nur noch Megabyte Speicherplatz arbeiten kann“, sagt Kalin.

Dies bedeutet, dass die neueste intelligente Software für maschinelles Lernen auf kleinen Edge-Computing-Geräten und nicht auf Server-Racks wie bei früheren Projekten für maschinelles Lernen ausgeführt werden kann.

Die FOD-Hunde beginnen mit einem Katalog verschiedener Objekte, sind aber in der Lage, neue zu lernen. Sie können sogar Informationen zwischen Rudelmitgliedern austauschen, sodass sie immer besser darin werden, bestimmte Arten von FOD an einem bestimmten Standort zu identifizieren. Dies kann wichtig sein, wenn eine Site mit einer bestimmten Art von Fremdkörpern, beispielsweise Blättern, in Berührung kommt.

„Schließlich hat TurbineOne ein Frontline-Wahrnehmungssystem erfunden, das als Betriebssystem dient und all diese Erkennungen ohne Internetverbindung ermöglicht“, sagt Kalin.

Dies ermöglicht es dem Hunderudel, an Orten zu arbeiten, an denen möglicherweise keine Verbindung zum Internet besteht, beispielsweise auf Militärstandorten oder auf Flugzeugträgern.

FOD-Walkdowns werden typischerweise nachts nach Einstellung des Flugbetriebs oder am frühen Morgen durchgeführt. Jeder der Roboter schließt sich automatisch an seine Ladebasisstation („Hundehütte“) an, ähnlich wie ein Roomba für die Haushaltsreinigung, und die Hunde führen gemeinsam einen Reinigungsvorgang durch, um eine vollständige Abdeckung zu gewährleisten. Ein menschlicher Bediener kann eine ganze Packung verwalten.

Jedes gefundene FOD wird automatisch markiert. Die Roboter können entweder die genauen Koordinaten an ihren Bediener weitergeben – dank integriertem, verbessertem GPS können sie sie auf wenige Zentimeter genau lokalisieren – oder ein Roboter kann den Bediener wie ein Jagdhund physisch zum FOD führen.

Kalin sagt, dass die Beseitigung von Trümmern keine Voraussetzung für den ursprünglichen Vertrag sei, aber sie hätten es auf ihrer Roadmap. Ihre wahrscheinliche Lösung wird darin bestehen, einige Fahrzeuge mit einem serienmäßigen Roboterarm und einer Handhabungssoftware auszustatten. Dadurch würden die Roboter zu einer Komplettlösung für die Räumung von Start- und Landebahnen.

TurbineOne sieht für diese Technologie noch viele weitere Einsatzmöglichkeiten, die über die FOD-Erkennung hinausgehen. Drohnen werden bereits für industrielle Inspektionen eingesetzt, haben jedoch eine begrenzte Flugzeit und können bei schlechtem Wetter nicht fliegen. Bodenroboter haben eine längere Lebensdauer, können das Wetter ignorieren und eine schwerere Nutzlast verschiedener Sensoren transportieren. TurbineOne hat kürzlich eine Startfinanzierung in Höhe von 3 Millionen US-Dollar von XYZ Venture Capital angekündigt, um sein Engineering-Team zu erweitern und die Produktlieferung zu beschleunigen.

Mit Wahrnehmungssystemen ausgestattete Roboter könnten viele Inspektionsaufgaben ausführen – angefangen vielleicht bei der Flugzeuginspektion, ähnlich einer drohnenbasierten Lösung, die in Korea eingeführt wird, aber auch in Fabriken, auf Baustellen und anderen Anwendungen. (Vielleicht hätte ein Roboterinspektionsroboter den jüngsten F-35-Absturz verhindern können, der offensichtlich dadurch verursacht wurde, dass eine Regenhülle auf einem Triebwerk zurückblieb.)

Die Kombination aus einer kostengünstigen, robusten Roboterplattform und intelligenter Sensorik bietet großes Potenzial und der FOD Dog könnte der Vorläufer vieler Rassen hilfreicher Roboter sein, die in verschiedenen Bereichen arbeiten.