Parcours im Versuchslabor - Eine Drohne im Versuchslabor

Parcours im Versuchslabor

Als Prototypen haben Rettungsroboter ihre Feuertaufe längst bestanden – nun gilt es, kostengünstige Standardsysteme zu entwickeln. Doch wie können sie Rettungskräfte im Alltag unterstützen und wann lohnt sich der Einsatz? Zu Besuch im Deutschen Rettungsrobotik-Zentrum


Text Frank Grünberg     Fotos Dominik Asbach     Veröffentlichung: Mai 2022

Parcours im Versuchslabor - Eine Drohne wird im Versuchslabor von einem Mann bedient.

Die Entwicklung von Rettungsrobotern sollte sich nicht nach den Grenzen der Maschinen richten, sondern nach den Innovationen, die Rettungskräften weiterhelfen.

Parcours im Versuchslabor - Ein Mann platziert ein Gasmessgerät an einem Roboter.

Wo lässt sich das mobile Mehrgasgerät optimal platzieren? 

Parcours im Versuchslabor - Nahaufnahme eines Gasmessgeräts an einem Roboter.

Wie lassen sich die Messdaten in Echtzeit an den Leitstand übertragen?

Dichter Nebel gehört für Robert Grafe zum Tagesgeschäft. Ein kurzer Dreh am Handrad, schon tritt das Aerosol aus und braut sich zu einer undurchsichtigen Wolke zusammen. Wenige Sekunden später ist selbst der orange Tank der Gefahrstoffübungsanlage kaum noch zu sehen. Jetzt fliegt die Drohne in den Nebel und verschwindet. Unter dem Fluggerät ist ein mobiles Mehrgasmessgerät befestigt (Typ: Dräger X-am 8000), ausgestattet mit Sensoren und Technik für die Funkübertragung. Bis zu sieben Substanzen kann das Gerät gleichzeitig messen: toxische und brennbare Gase, zudem Dämpfe und Sauerstoff. Während dieses Drohnenflugs wird es allerdings keine gefährlichen Stoffe detektieren. „Bei diesem Versuch in unserem Living Lab arbeiten wir mit ungefährlichem Bühnennebel und stellen so den Ernstfall zu Trainingszwecken nach“, sagt Grafe, Geschäftsführer des Deutschen Rettungsrobotik-Zentrums (DRZ). Im Alltag von Brandschützern ist der Ernstfall hingegen allgegenwärtig und vielfach hochriskant: Wenn sie zu einem Einsatz ausrücken, wissen sie mitunter gar nicht, ob und wo gefährliche Stoffe austreten. Grafe und sein Team suchen daher nach neuen Wegen, das Risiko für alle Beteiligten zu mindern. 

"Ziel ist es, bezahlbare Roboterlösungen zu entwickeln, die dort aktiv werden, wo es für Menschen nicht mehr möglich ist.“

 

„Ziel ist es, bezahlbare Roboterlösungen zu entwickeln, die dort aktiv werden, wo es für Menschen nicht mehr möglich ist“, sagt der Wirtschaftsingenieur. Vor drei Jahren nahm erstmals eine breitere Öffentlichkeit Rettungsroboter wahr, als diese beim Brand der Kathedrale Notre-Dame in Paris und im havarierten Atomkraftwerk von Fukushima eingesetzt wurden. Allerdings waren diese Boden- und Tauchroboter noch Prototypen; auch bei alltäglichen Feuerwehreinsätzen wären hochwertige Maschinenhelfer willkommen, um Menschen oder Güter zu retten. Bei Drohnen, von der Spielzeug- bis zur Profivariante in allen Leistungs- und Preisklassen erhältlich, sind allerdings aus Sicht von Feuerwehr, Rettungsdienst und Katastrophenschutz noch einige Fragen offen: Wie lassen sie sich flexibel und kostengünstig mit der für den Einzelfall notwendigen Sensorik ausstatten? Und wann lohnt sich ein solcher Einsatz überhaupt? Fragen wie diese wollen Grafe und sein Team gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Forschung im Living Lab systematisch klären.

Parcours im Versuchslabor - Eine Drohne im Versuchslabor

Die mit einem Dräger-Mehrgasmessgerät bestückte Drohne klärt auf ...

Parcours im Versuchslabor - Ein Roboter schließt im Labor ein Ventil, aus dem giftige Gase austreten.

... der Bodenroboter schließt das Ventil. Im Living Lab des Deutschen Rettungsrobotik-Zentrums (DRZ) proben zwei Maschinen den Ernstfall mit toxischen und brennbaren Gasen. 

Teamwork unter Robotern

Der Tank mit den umlaufenden Rohren zählt zu den auffälligsten Versuchsobjekten auf dem DRZ-Gelände in Dortmund. Hier können Rettungskräfte trainieren, wie sie brenzlige Lagen (etwa einen umgekippten Lkw, einen entgleisten Güterzug mit kritischer Fracht oder beschädigte Rohrleitungen in einem Chemiebetrieb) mithilfe von Robotern in den Griff bekommen. Heute arbeiten gleich zwei Roboter Hand in Hand: Die Drohne klärt auf und der kettengetriebene Bodenroboter soll das Problem lösen. Gutes Teamwork ist nicht nur bei Menschen wichtig, sondern auch bei Maschinen gefragt. Noch werden die Geräte auf die groben Grundzüge ihrer Zusammenarbeit trainiert, eine Perfektion zeichnet sich gedanklich erst am Horizont ab.

Meisterleistung

Als die Drohne samt Kamera vom Boden abhebt, fliegt sie zielgenau in Richtung Nebelwand. Dann aber scheitert die Übertragung der Bilder zum Leitstand, weil die Funkschnittstelle zwischen Roboter und Leitwagen noch nicht funktioniert. Zudem verwirbeln die vier Rotoren den Nebel so stark, dass er sich wieder lichtet. Immerhin beendet die Drohne den Trainingsflug wie geplant. Pilot und DRZ-Mitarbeiter Nils Heidemann ist dann auch zufrieden: „In einer Halle wie dieser muss ein solcher Flug erst einmal kollisionsfrei gelingen.“ Nachdem die Drohne gelandet ist, schickt Heidemann den Bodenroboter auf die Reise – per Hand und auf Sicht wird das kettengetriebene Fahrzeug bis an das Handrad gelotst. Dort nutzt er die Bordkamera, um den Greifarm des Roboters sicher an das Handrad zu legen und es anschließend nach rechts zu drehen. Das Ventil schließt, der Dampfstrahl versiegt. Heidemann packt die Drohne unter den Arm und fährt den Bodenroboter zur nächsten Station. Es gibt noch mehr zu tun. Für angehende Drohnenpiloten kommt das Living Lab, dessen Innen- und Außenbereich etwa ein halbes Fußballfeld groß ist, einem Abenteuerspielplatz gleich. Hier wurden unterschiedliche Versuchsobjekte installiert, um den Umgang mit Rettungsrobotern ausgiebig zu trainieren. Für Piloten, die etwa ein zweistöckiges Wohnhaus mithilfe von Drohnen erkunden wollen, gibt es eine vier Meter hohe Fassade. Wer herausfinden will, wie gut sich ein Bodenroboter ohne menschliche Hilfe in unwegsamem Gelände zurechtfindet, kann diesen auf einen aus Holzplatten, Fenstern und Türen zusammengezimmerten Parcours schicken. Hier zeigt sich schnell, dass Aktionen, die für Menschen banal erscheinen, für Roboter bis heute eine Meisterleistung sind – etwa Treppensteigen oder Türenöffnen.

„Es braucht also nicht nur geeignete Technik, sondern auch geschultes Personal.“

 

Nutzer durch teilautonome Funktionen entlasten

An den schwarzen Absorberwänden lässt sich die Autonomie von Bodenrobotern ebenfalls testen. Was passiert, wenn der Funkkontakt zwischen Roboter und Leitstand abreißt? Wie eigenständig ist dann der maschinelle Helfer noch unterwegs? Kann er den Einsatzort noch verlassen? Auch im Außenbereich stehen diese Fragen auf der Tagesordnung. Sechs mannshohe Überseecontainer bilden hier einen unübersichtlichen Gebäudekomplex nach, während Betonröhren schwer zugängliche Schächte simulieren – alles Orte, an denen führungslose Maschinen leicht verloren gehen können. Wie autonom sind die Maschinen eigentlich schon? „Anders als Industrieroboter, die alle drei Sekunden dieselbe Bewegung ausführen, kommen Rettungsroboter meist in unbekanntem Gelände zum Einsatz“, sagt DRZ-Geschäftsführer Grafe. Dunkelheit, Funklöcher oder Rauchentwicklung erschweren ihre Aufgabe zusätzlich. „Es braucht also nicht nur geeignete Technik, sondern auch geschultes Personal.“ Vollständig autonom arbeitende Roboter erwartet Grafe in einigen Anwendungen in den kommenden Jahren. „Kurzfristig geht es darum, Potenziale zu heben – und Nutzer durch teilautonome Funktionen zu entlasten."

Dräger X-am® 8000

Dräger X-am® 8000

Noch nie war Freimessen so einfach und komfortabel: Das 1- bis 7-Gasmessgerät Dräger X-am® 8000 misst toxische und brennbare Gase sowie Dämpfe und Sauerstoff gleichzeitig – im Pumpen- oder Diffusionsbetrieb. Ein innovatives Signalisierungskonzept und praktische Assistenzfunktionen sorgen für umfassende ...

Produktdetails

Schlüsselerlebnis: Großbrand mit Drohne erkundet

Grafe verkörpert das DRZ wie kein anderer, von der Idee zum Verein bis zur Gründung des Living Lab: An allen Schritten war der 36-Jährige maßgeblich beteiligt. Mit den Herausforderungen, die sich Rettungsdiensten in der täglichen Arbeit stellen, kam er durch seine Tätigkeit in der freiwilligen Feuerwehr früh in Kontakt. Nach dem Studium stieg der Wirtschaftsingenieur 2014 als wissenschaftlicher Mitarbeiter bei der Berufsfeuerwehr der Stadt Dortmund in die Welt der Forschung ein. Seitdem prägt das Thema „Rettungsrobotik“ sein berufliches Leben. Ein Schlüsselerlebnis hatte er im Jahr 2015. Damals riefen ihn Kollegen, um mithilfe einer Drohne den Großbrand in einer Lagerhalle zu erkunden. Tatsächlich konnte Grafe mit Luftbildern dazu beitragen, den Brand schneller unter Kontrolle zu bringen. Gleichzeitig wurde ihm aber klar, wie begrenzt seine Möglichkeiten noch waren. Seitdem kennt er die Inhalte seiner Forschung genau: „Wir müssen uns bei der Entwicklung von Rettungsrobotern nicht nach den Grenzen der Maschinen richten, sondern die Geräte so weiterentwickeln, dass sie uns auch weiterhelfen.“ Diese Lücke zu schließen, nahm er sich damals vor.

Robotersysteme in menschenfeindlichen Umgebungen

Die Gründung des DRZ im Jahr 2018 gab der Idee einen wichtigen Schub. Die zwölf Gründungsmitglieder des Vereins nahmen sich vor, die Innovation sowie die Vernetzung von Anwendern und Herstellern im Forschungsfeld „Robotersysteme in menschenfeindlichen Umgebungen“ voranzutreiben. Den Aufbau des Vereins fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der „Forschung für zivile Sicherheit“ bis Herbst 2022 mit rund zwölf Millionen Euro. Eine zweite, vierjährige Förderphase kann beantragt werden. Aktuell stehen die Zeichen damit auf Wachstum. Die Zahl der Mitglieder ist auf über 30 gestiegen, die Zahl der Mitarbeiter auf zehn. Zu den Mitgliedern zählt auch Dräger. „Als Hersteller von Gaswarntechnik nutzen wir die Expertise und Infrastruktur des DRZ, um herauszufinden, wie wir unsere Produkte für den Einsatz an Drohnen und bodengebundenen Robotern anpassen müssen – ohne uns abhängig von einzelnen Herstellern zu machen“, erklärt Sven Schmellenkamp, der bei Dräger unter anderem für die Entwicklung neuer Geschäftsfelder zuständig ist. Auch hier stellen sich einige Fragen: Wie und wo werden die Sensoren optimal an der Drohne platziert? Wie lassen sich die Messdaten in Echtzeit an den Leitstand übertragen? In welchen Fällen lohnt sich der Einsatz von Gaswarntechnik an Drohnen überhaupt? Sobald das geklärt ist, will man Standardversuche definieren, um die hauseigene Messtechnik im Living Lab systematisch zu testen.

Parcours im Versuchslabor - Portrait von Sven Schmellenkamp

„Als Hersteller von Gaswarntechnik nutzen wir die Expertise und Infrastruktur des DRZ, um herauszufinden, wie wir unsere Produkte für den Einsatz an Drohnen und bodengebundenen Robotern anpassen müssen – ohne uns abhängig von einzelnen Herstellern zu machen“, erklärt Sven Schmellenkamp, der bei Dräger unter anderem für die Entwicklung neuer Geschäftsfelder zuständig ist.

Parcours im Versuchslabor - DRZ-Geschäftsführer Robert Grafe sitz an einem Arbeitsplatz.

DRZ-Geschäftsführer Robert Grafe verfolgt das Roboter-Training vom Leitwagen aus. Hier laufen alle Daten zusammen, hier lässt sich die Fahrtstrecke der Maschinen auf den Monitoren als sich bewegende Punkte nachvollziehen.

Parcours im Versuchslabor - Dr. Oliver Harnack platziert ein Gasmessgerät an einem Roboter.

Was passiert, wenn der Funkkontakt zwischen Roboter und Leitstand abreißt? Wie eigenständig ist dann der maschinelle Helfer noch unterwegs? Kann er den Einsatzort noch verlassen? Dr. Oliver Harnack, verantwortlich bei Dräger für das Technologie-Management in der Sicherheitstechnik, sucht Antworten auf diese Fragen. 

Lösungsanbieter

Auch das systemische Drohnen-Messgeräte-Problem bedarf einer Lösung. Während der Trainingseinheit verwirbelten die Rotoren der Drohne das simulierte Gas, bevor die Dräger-Technik damit überhaupt in Berührung hätte kommen können. Wie lässt sich das verhindern? Vielleicht kann eine Sonde Abhilfe schaffen, oder es entpuppt sich die Richtung, aus der die Drohne in den Nebel fliegt, als entscheidend für die Messung. Auch das sollen weitere Versuche zeigen. „Als Lösungsanbieter müssen wir Antworten auf diese und weitere Fragen finden“, sagt Schmellenkamp.

„Wenn es den Herstellern von Robotern und Messtechnik mit unserer Hilfe gelingt, kostengünstige Lösungen zu entwickeln, dann dürfte die Wertschöpfung dieses Themas auch in Europa stattfinden.“

  

Bedarf vieler Rettungsdienste und Feuerwehren

In der mobilen Einsatzzentrale laufen die Daten zusammen. Auf dem DRZ-Gelände steht auch ein Leitwagen, ein Kleinbus wurde zu einer mobilen Einsatzzentrale umgebaut. Hier laufen alle wichtigen Daten und Informationen zusammen. Im Living Lab zählen auch die Standortdaten der trainierenden Roboter dazu, die mehrere Dutzend unter der Hallendecke montierte Spezialkameras liefern. Sie simulieren ein satellitengestütztes Ortungssystem, da GPS-Signale durch das Metall der Halle nur schlecht zu empfangen sind. Tatsächlich lässt sich die Fahrstrecke der Roboter auf den Monitoren als sich bewegende Punkte nachvollziehen; flankiert von diversen Messwerten, die sie übermitteln. Auf dieser Grundlage gilt es im Ernstfall, schnelle und richtige Entscheidungen zu treffen. Einsatzleiter, die ihren Stresslevel zu Trainingszwecken noch steigern wollen, können sich zusätzlich mit typischen Hintergrundgeräuschen beschallen lassen, die künstlich in den Leitwagen gespielt werden. Die Analyse des eigenen Handelns erfolgt anschließend per Video. Grafe hofft, dass sein Angebot den Bedarf vieler Rettungsdienste sowie Berufs-, Werk- und freiwilliger Feuerwehren trifft. Schließlich muss der Verein das Living Lab spätestens ab 2026 durch eigene Dienstleistungen finanzieren – etwa durch Schulungen oder durch Auftragsforschung. Wo sieht er das DRZ in vier Jahren? „Wir wollen uns als einer der führenden Ansprechpartner in Europa auf dem Gebiet der Rettungsrobotik etablieren“, sagt Grafe. „Wenn es den Herstellern von Robotern und Messtechnik mit unserer Hilfe gelingt, kostengünstige Lösungen zu entwickeln, dann dürfte die Wertschöpfung dieses Themas auch in Europa stattfinden.“

Titelbild der Drägerheftausgabe #410

Wir müssen loslassen!

Unser Titelthema: Mobilität von morgen: Wie sich Menschen, Güter und Informationen künftig fortbewegen. 

Kundenmagazin downloaden

Weitere Themen für Sie

Bild eines Dräger x-pid 9000/9500

Smart Safety: Digitalisierung in der Industrie 4.0

Im Mittelpunkt der Industrie 4.0 steht die Digitalisierung und Vernetzung der industriellen Produktion mit Hilfe moderner Informations- und Kommunikationstechnologien. Die technologische Grundlage dafür bilden intelligente und digital vernetzte Systeme.

Bild eines Logistik-Mitarbeiters beim Freimessen.

Chemie im Schuh: Eine Frage der Sicherheit

Bis zu 20 Prozent aller Frachtcontainer sind laut Messungen mit Schadstoffen belastet. Werden sie geöffnet, kann das für Menschen gefährlich werden. Deutschlands größter Schuhhändler Deichmann misst deshalb alle Container vor dem Öffnen frei.

Bild von drei Personen aus unterschiedlichen Berufsfeldern.

Weitere spannende Geschichten, exklusiv recherchiert

Sie interessieren sich für neuartige Entwicklungen, faszinierende Technik und Beispiele aus der Praxis? Die Dräger Storys kombinieren spannende Themen aus dem Unternehmen und der Welt, mit Wissenswertem aus der Medizin- und Sicherheitstechnik.

Kontakt mit Dräger aufnehmen

Icon eins Briefumschlags

Drägerwerk AG & Co. KGaA

Moislinger Allee 53–55

23558 Lübeck

+49 451 882 0

Rund um die Uhr für Sie da.

Disclaimer

Die Beiträge im Drägerheft informieren über Produkte und deren Anwendungsmöglichkeiten im Allgemeinen. Sie haben nicht die Bedeutung, bestimmte Eigenschaften der Produkte oder deren Eignung für einen konkreten Einsatzzweck zuzusichern. Alle Fachkräfte werden aufgefordert, ausschließlich ihre durch Aus- und Fortbildung erworbenen Kenntnisse und praktischen Erfahrungen anzuwenden. Die Ansichten, Meinungen und Äußerungen der namentlich genannten Personen sowie der Autoren, die in den Texten zum Ausdruck kommen, entsprechen nicht notwendigerweise der Auffassung der Drägerwerk AG & Co. KGaA. Es handelt sich ausschließlich um die Meinung der jeweiligen Personen. Nicht alle Produkte, die in diesem Magazin genannt werden, sind weltweit erhältlich. Ausstattungspakete können sich von Land zu Land unterscheiden. Änderungen der Produkte bleiben vorbehalten. Die aktuellen Informationen erhalten Sie bei Ihrer zuständigen Dräger-Vertretung. © Drägerwerk AG & Co. KGaA, 2022. Alle Rechte vorbehalten.

Diese Veröffentlichung darf weder ganz noch teilweise ohne vorherige Zustimmung der Drägerwerk AG & Co. KGaA wiedergegeben werden, in einem Datensystem gespeichert, in irgendeiner Form oder auf irgendeine Weise, weder elektronisch noch mechanisch, durch Fotokopie, Aufnahme oder andere Art übertragen werden.

Informationen zur Verarbeitung personenbezogener Daten nach der EU-Datenschutz-Grundverordnung.