Bohrroboter für den Tunnelbau läutet eine neue Ära im Bereich der Stadterhaltung ein
Die Instandsetzung beschädigter Wasserrohre und die Verlegung von Hochgeschwindigkeits-Datenleitungen für die Internetnutzung gehören zu den Gegebenheiten des städtischen Alltags. Für solche unterirdischen Rohre und Leitungen müssen normalerweise Gräben ausgehoben werden. Diese Instandhaltung der Infrastruktur ist für die Aufrechterhaltung eines hohen Lebensstandards in Städten unerlässlich, doch die damit einhergehenden Straßensperren, Verkehrsstaus und erhöhten Umweltbelastungen haben zur Folge, dass das Leben im städtischen Raum mitunter als anstrengend und unangenehm empfunden wird. „Es gab unserem Wissen nach keine Bohrtechnologie, die in der Lage war, autonom durch unterirdische Arbeitsumgebungen zu navigieren und diese zu nutzen“, erläutert Carlos Balaguer, Koordinator des Projekts BADGER und Professor am Robotiklabor der Universität Carlos III, Madrid, Spanien. „Mit anderen Worten: Für Installationen oder Inspektionen unter der Erde ist der Aushub großer Oberflächenbereiche erforderlich. Dabei können hohe Kosten und Störungen entstehen.“
Tunnelbau mit Vision
Das Projekt BADGER nahm sich dieser Herausforderung an und entwickelte eine intelligente Tunnelbohrmaschine, die Arbeiten an der städtischen Infrastruktur bei minimalen Störungen ermöglicht. Dazu wurden bestehende Verfahren des grabenlosen Einbaus und der Umgebungskartierung miteinander kombiniert. „Wir ließen uns von Robotertechnologien in der Raumfahrt inspirieren“, so Balaguer. „Unsere Vision war, dass BADGER autonom durch die unterirdische Umgebung navigiert, dabei den Boden abträgt und Tunnel gräbt, gleichzeitig aber auch fortgeschrittene Sensortechniken einsetzt, um seine Position zu bestimmen und operative Entscheidungen zu treffen.“ Der Roboter selbst hat eine modulare Struktur mit mehreren Freiheitsgraden, sodass er sich nach dem Vorbild der Natur wie ein Wurm bewegen kann. Ein intelligenter, im System integrierter und mit der Oberfläche verbundener Bodenradar erkennt Hindernisse und plant automatisch die Bahn des Roboters. So ist der BADGER-Roboter selbstständig in der Lage, mehreren Hindernissen wie Steinen, Rohren und Gebäudefundamenten auszuweichen. Nach Aufbau eines Netzwerks kleinerer Tunnelbohrungen kann er Versorgungsleitungen unter der Erde aufspüren und inspizieren sowie deren Zustand bewerten. Zudem kartiert er den unterirdischen Raum und bildet ihn dreidimensional ab. In den Roboter sind robuste, industrielle Bohrgeräte eingebaut, sodass Reparaturen direkt an Ort und Stelle durchgeführt werden können.
Künstliche Intelligenz unter der Erde
Das Projekt wurde erfolgreich in Lennestadt, Deutschland, sowie in Madrid, Spanien, getestet. Beide Demonstrationen fanden unter gegensätzlichen Boden- und Wetterbedingungen statt. „In beiden Situationen wurde der Roboter entsprechend programmiert, um mehrere kleine Tunnel mit verschiedenen Winkeln zu graben“, erklärt Balaguer. „Diese Tunnel mit einem Durchmesser von nur 225 cm reichen für die Durchführung von Instandhaltungsarbeiten aus. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, Gräben auszuheben. Dieses Verfahren könnte Umweltbelastungen, Lärm und Verkehrsstaus, also Unannehmlichkeiten für die Menschen, drastisch reduzieren.“ Balaguer sieht in BADGER das Potenzial zu einem wichtigen Unterstützungsinstrument für Dienstleistungsfachkräfte, die sich oberirdisch aufhalten. „Eine Steuerkonsole kommuniziert mit dem unterirdischen Roboter durch eine verkabelte oder kabellose Verbindung mithilfe von Sendern, die entlang des Tunnels angebracht sind“, fügt er hinzu. „Da während der unterirdischen Einsätze Daten in großem Umfang gesammelt werden, kann der Roboter seine Wahrnehmungs- und Erkennungsfähigkeiten ständig verbessern. Durch Speichern und Analysieren dieser Daten lassen sich zudem eine effiziente Offline-Planung sowie eine Online-Fernüberwachung und -Steuerung des gesamten Arbeitsvorganges bewerkstelligen.“ Das BADGER-Team bewertet derzeit gemeinsam mit mehreren Unternehmen mögliche neue Anwendungsbereiche für den BADGER-Roboter. Dazu zählen unter anderem die horizontale Charakterisierung und Inspektion von Ölfeldern, geothermische Explorationen und sogar Rettungseinsätze bei natürlichen und von Menschen verursachten Katastrophen.
Schlüsselbegriffe
BADGER, Infrastruktur, Bohrungen, Verkehr, Tunnel, Stau, geothermisch, Geothermie, Roboter
