18. Dezember 2015

"Te­le-Hands­ha­ke" zwi­schen ISS und Er­de

Ers­ter Te­le-Hands­ha­ke mit­tels ei­nes hu­ma­noi­den Ro­bo­ters
Bild 1/6, Credit: DLR (CC-BY 3.0).

Erster Tele-Handshake mittels eines humanoiden Roboters

Kos­mo­naut Ser­gei Vol­kov an Bord der ISS und DLR-In­sti­tuts­di­rek­tor Prof. Dr. Alin Al­bu-Schäf­fer schüt­teln sich in Ober­pfaf­fen­ho­fen die Hand - mit­tels des hu­ma­noi­den DLR-Ro­bo­ters Space­Jus­tin. Am 17. De­zem­ber 2015 wur­de erst­mals ein hu­ma­noi­der Ro­bo­ter aus dem Welt­all fern­ge­steu­ert.
Ver­bin­dung zur ISS und nach St. Pe­ters­burg
Bild 2/6, Credit: DLR (CC-BY 3.0).

Verbindung zur ISS und nach St. Petersburg

Die Kom­mu­ni­ka­ti­ons­ver­bin­dung steht: Im Te­le­prä­senz-La­bor des DLR-In­sti­tuts für Ro­bo­tik und Me­cha­tro­nik spricht Dr. Jor­di Ar­ti­gas mit Kos­mo­naut Ser­gei Vol­kov auf der ISS (Bil­schirm links) und Michail Gook vom In­sti­tut RTC in St. Pe­ters­burg (Bild­schirm rechts).
Te­le­prä­senz-Ex­pe­ri­ment mit drei Part­nern
Bild 3/6, Credit: DLR (CC-BY 3.0).

Telepräsenz-Experiment mit drei Partnern

Bei ei­nem ko­ope­ra­ti­ven Te­le­prä­senz-Ex­pe­ri­ment in Ober­pfaf­fen­ho­fen griff DLR-Ro­bo­ter Space­Jus­tin ei­nen Ball und be­weg­te ihn. Da­bei wur­de der rech­te Ro­bo­ter­arm von der ISS und der lin­ke Ro­bo­ter­arm von St. Pe­ters­burg aus ge­steu­ert. Bei­de Sei­ten nutz­ten da­für ei­nen Kon­tur-2 Joy­stick des DLR. Das Kon­tur-2 Team des DLR-In­sti­tut für Ro­bo­tik und Me­cha­tro­nik ko­or­di­nier­te den Ab­lauf des Ex­pe­ri­ments.
Sekt-An­stoß mit der ISS
Bild 4/6, Credit: DLR (CC-BY 3.0).

Sekt-Anstoß mit der ISS

An­sto­ßen auf die ge­lun­ge­ne Ex­pe­ri­men­trei­he von Kon­tur-2: Der hu­ma­noi­de DLR-Ro­bo­ter Space­Jus­tin - ge­steu­ert von Kos­mo­naut Ser­gei Vol­kov an Bord der ISS - greift ein Sekt­glas und stößt an mit Prof. Alin Al­bu-Schäf­fer (Mit­te), Di­rek­tor des In­sti­tuts für Ro­bo­tik und Me­cha­tro­nik, und mit Prof. Hans­jörg Dit­tus, DLR-Vor­stand für Raum­fahrt­for­schung und -tech­no­lo­gie.
Kon­tur-2 Joy­stick
Bild 5/6, Credit: DLR (CC-BY 3.0).

Kontur-2 Joystick

Der Kon­tur-2 Joy­stick ist seit Ju­li 2015 an Bord der ISS und wur­de vom DLR-In­sti­tut für Ro­bo­tik und Me­cha­tro­nik ent­wi­ckelt. Er er­laubt te­le­prä­sen­te Steue­rung in zwei Frei­heits­gra­den mit Kraft­rück­kop­pe­lung. Für die ISS-Qua­li­fi­zie­rung muss der Joy­stick be­son­de­re An­for­de­run­gen er­fül­len, die den zu­ver­läs­si­gen und si­che­ren auf der ISS ge­währ­leis­tet.
Kon­tur-2: Deutsch-Rus­si­sche Ko­ope­ra­ti­on
Bild 6/6, Credit: DLR (CC-BY 3.0).

Kontur-2: Deutsch-Russische Kooperation

Kon­tur-2 ist ei­ne er­folg­rei­che Ko­ope­ra­ti­on des Deut­schen Zen­trums für Luft- und Raum­fahrt (DLR) mit der rus­si­schen Raum­fahrt­be­hör­de Ro­skos­mos, dem In­sti­tut RTC in St. Pe­ters­burg (Rus­si­an State Scien­ti­fic Cen­ter for Ro­bo­tics and Tech­ni­cal Cy­ber­ne­tics), RSC "Ener­gia" Mos­kau und dem Ju­ri-Ga­ga­rin-Kos­mo­nauten­trai­nings­zen­trum. Im Bild: Prof. Dr. Hans­jörg Dit­tus (links), DLR-Vor­stand für Raum­fahrt­for­schung- und Tech­no­lo­gie - Prof. Dr. Alin Al­bu-Schäf­fer (Mit­te), Di­rek­tor des DLR-In­sti­tuts für Ro­bo­tik und Me­cha­tro­nik - Oleg Vol­kov (rechts), RSC "Ener­gia"-De­pu­ty Head.

Eine einfache Geste der Begrüßung und doch außergewöhnlich: Händeschütteln zwischen einem Astronauten auf der Internationalen Raumstation ISS und Wissenschaftlern am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Die Interaktion erfolgte mittels des humanoiden DLR-Roboters SpaceJustin, der sich in Oberpfaffenhofen befindet und am 17. Dezember 2015 von der ISS aus ferngesteuert wurde. Der Kosmonaut Sergei Volkov auf der ISS und DLR-Institutsdirektor Prof. Alin Albu-Schäffer auf der Erde konnten sich gegenseitig sehen, miteinander sprechen und - dank Kraftrückkoppelung - die Kraft und die Bewegung des Händeschüttelns spüren.

"Mit dem Tech­no­lo­gie-Ex­pe­ri­ment Kon­tur-2 ist dem DLR ein weiterer Erfolg in der Robotik gelungen. Erstmalig wurde eine Kraftrückkopplung zwischen einem Astronauten im Erdorbit und einem Menschen auf der Erde mithilfe eines humanoiden Roboters durchgeführt", betont Prof. Dr. Pascale Ehrenfreund, Vorstandsvorsitzende des DLR. "Die wissenschaftlichen Ergebnisse dieses Vorhabens bieten ein breites Anwendungsspektrum von der planetaren Exploration bis hin zu irdischen Anwendungen in der Telemedizin und der Telepräsenz in für den Menschen kritischen Situationen." Telepräsenz-Systeme ermöglichen es Menschen, über große Entfernung hinweg über einen robotischen "Avatar" zu agieren und dabei das Gefühl zu haben, selbst vor Ort zu sein.

Unerreichte Komplexität

Noch nie zuvor wurde ein humanoider Roboter vom Weltall aus gesteuert. Die Steuerung und Kraftrückkopplung von SpaceJustins Arm erfolgte mit dem Kontur-2 Joystick, der seit Juli 2015 an Bord der ISS ist und vom DLR-Institut für Robotik und Mechatronik entwickelt wurde. Die Besonderheit der Technologie und des Experiments liegen in ihrer bisher unerreichten Komplexität: Mit dem raumfahrttauglichen Joystick auf der ISS ist man in der Lage, dem Astronauten feinfühlige Kraftrückkoppelung in Echtzeit zu übermitteln. Ein zusätzliches Bedienelement des Joysticks ermöglicht das Schließen der Roboterhand, so dass der Astronaut sogar einen Gegenstand greifen kann.

ISS - St. Petersburg - Oberpfaffenhofen

Eine der größten Herausforderungen für Telepräsenz-Anwendungen in der Raumfahrt ist die Zeitverzögerung bei der Datenübertragung. Bei einer Distanz von rund 400 Kilometern beträgt die Verzögerung rund 30 Millisekunden. Hierbei stellt ein spezielles Regelungskonzept sicher, dass durch die Verzögerung kein instabiles Verhalten entstehen und bei dem sich das System unkontrolliert aufschwingen kann. Die Kraftrückkopplung funktionierte bei dem Tele-Handshake im DLR dabei so ausgezeichnet, dass den Wissenschaftlern ein weiteres, anspruchsvolles Experiment gelang:

Während ISS-Besatzungsmitglied Volkov den rechten Arm von SpaceJustin fernsteuerte, übernahm das russische Institut RTC in St. Petersburg (Russian State Scientific Center for Robotics and Technical Cybernetics) die Steuerung des linken Roboterarms. Das Institut RTC verfügt über einen identischen Kontur-2 Joystick vom DLR und wurde aus seinem Labor in St. Petersburg zugeschaltet. Gemeinsam griffen Volkov und RTC mittels SpaceJustin nach einem Ball und übergaben den Ball an das DLR-Team in Oberpfaffenhofen, das den Ablauf koordinierte. Alle drei Beteiligten konnten dabei die Kontaktkräfte der Anderen spüren - das Drücken gegen den Ball beim Greifen und das Loslassen beim Aushändigen des Balls.

Robonaut der Zukunft

Für die Raumfahrt sind Telepräsenz-Technologien in Zukunft unverzichtbar: Astronauten könnten von einer Raumstation aus einen Roboter steuern, der zum Beispiel den Mars oder den Mond erkundet und dort feinmotorische Aufgaben erfüllen soll. Auch Wartungs- und Reparaturarbeiten an Satelliten können vom Boden aus telepräsent durchgeführt werden.

Der Tele-Handshake und die kooperative Ballübergabe markieren den Höhepunkt der Experimentreihe "Kontur-2", in der die Telepräsenz-Technologie auf der ISS optimiert und getestet wurde. Nach der erfolgreichen Demonstration dieser Technologie ist das DLR-Institut für Robotik und Mechatronik bereit für die nächsten Schritte: Die telepräsente Steuerung kann künftig auch auf Bediensysteme mit mehr als zwei Freiheitsgraden übertragen werden. Das erlaubt eine Steuerung in jede Raumrichtung und bereitet der Weg für eine neue Etappe in der telepräsenten Raumfahrt-Robotik. Komplexere Aufgaben sind künftig möglich: Der Astronaut wird nicht nur in der Lage sein, Arm und Hand von SpaceJustin zu steuern, sondern den gesamten Körper eines humanoiden Roboters.

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  • Bernadette Jung
    Kom­mu­ni­ka­ti­on Ober­pfaf­fen­ho­fen, Weil­heim, Augs­burg
    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)

    Kom­mu­ni­ka­ti­on und Pres­se
    Telefon: +49 8153 28-2251
    Fax: +49 8153 28-1243
    Münchener Straße 20
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