KI-gesteuerte Roboter für bessere Straßenreparaturen in Europa
Die Instandhaltung von Straßen ist für die Sicherheit und das Wirtschaftswachstum von entscheidender Bedeutung, doch sie ist nach wie vor eine der gefährlichsten und kostspieligsten öffentlichen Dienstleistungen. Das EU-finanzierte Projekt HERON(öffnet in neuem Fenster) hatte sich zum Ziel gesetzt, diese Vorgänge zu automatisieren. Dazu wurde die erste integrierte Roboterplattform entwickelt, die Schlaglöcher auffüllen, Risse schließen, Markierungen neu aufzeichnen und sogar vorbereitende und abschließende Aufgaben – wie das Aufstellen und Melden von Pylonen – übernehmen kann.
Bewältigung der Komplexität „unordentlicher“ Straßenmaterialien
Die Automatisierung von Straßenarbeiten bedeutet nicht nur, Arbeiter durch Roboterarme zu ersetzen. Das Verhalten von Materialien wie Bitumen(öffnet in neuem Fenster) und Zuschlagstoffen ist unvorhersehbar. Außerdem verändern sie sich bei Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen. Projektkoordinator Nikos Bakalos erzählt: „Die größte – und weniger erwartete – Herausforderung war nicht die Präzision des Roboterarms, sondern die ‚chaotische‘ Natur der Materialien selbst. Bitumen und Zuschlagstoffe verhalten sich nicht wie ‚fügsame‘ Industrieteile. Sie verhalten sich launenhaft und verändern ihre Viskosität und Klebkraft bereits bei minimalen Veränderungen der Temperatur und Luftfeuchtigkeit.“ Diese Schwierigkeiten erforderten fortschrittliche Sensor- und Steuerungsstrategien, um sicherzustellen, dass das System mit Schwankungen zurechtkommt, die von menschlichem Personal instinktiv bewältigt werden.
Navigation und Entscheidungsfindung in realen Umgebungen
HERON-Fahrzeuge wurden für Autobahnen und Stadtstraßen entwickelt, wo herkömmliche Navigationsgeräte nur beschränkt einsatzfähig sind. Kinematische globale Navigationssatellitensysteme(öffnet in neuem Fenster) (RTK-GNSS) in Echtzeit können eine Genauigkeit im Zentimeterbereich bieten, sind in Tunneln oder Unterführungen jedoch weniger zuverlässig. Methoden für die „Simultane Positionsbestimmung und Kartierung“(öffnet in neuem Fenster) (Simultaneous localization and mapping, SLAM), die Karten aus Sensoren wie Kameras erstellen, oder für die Lichtdetektion und Entfernungsmessung(öffnet in neuem Fenster) (light detection and ranging, LiDAR) – ein laserbasiertes System, das 3D-Karten der Umgebung erstellt – bieten Konsistenz auf lokaler Ebene. In repetitiven Autobahnsituationen weichen sie jedoch häufig ab. Die Lösung des Teams bestand in der Verknüpfung beider Ansätze,um so Robustheit in allen Umgebungen zu gewährleisten. Sobald Mängel ermittelt wurden, mussten Eingriffe geplant werden. HERON entwickelte hybride Mensch-Roboter-Arbeitsabläufe, bei denen Bedienpersonen Roboteraktionen in Echtzeit überwachen und anpassen können. Bakalos führt aus: „In der Praxis erweist sich eine vollständig autonome Pipeline unter diesen Bedingungen weiterhin schwierig, weshalb ein hybrider Mensch-Roboter-Ansatz derzeit besser geeignet ist.“ Dieses Design stellte sicher, dass das System Automatisierung und menschliche Überwachung in Einklang bringen konnte, insbesondere in komplexen Instandhaltungs-Szenarien.
Einbettung von erweiterter und virtueller Realität in den täglichen Betrieb
Werkzeuge der erweiterten und virtuellen Realität werden oft als optionale Extras behandelt, doch HERON integrierte sie von Anfang an in die Plattform. Diese Werkzeuge verbesserten die Situationswahrnehmung und ermöglichten es dem Remote-Personal, Defekte zu visualisieren, Arbeitsabläufe zu simulieren und Eingriffe zu validieren, ohne selbst dem Verkehr direkt ausgesetzt zu sein. Bakalos merkt an: „Erweiterte und virtuelle Realität wurden erfolgsentscheidend, nachdem wir die Bedeutung der Situationswahrnehmung erkannt hatten – sowohl für die Leitstelle als auch für das Personal, das direkt vor Ort auf den Straßen arbeitet.“ Dadurch verringert sich das Risiko für die Bedienperson, und Inspektionen und Eingriffe werden schneller und zuverlässiger.
Einführung in realen Straßenbehörden
Durch die Kombination von Drohnen, Bodenrobotern, KI-basierter Erkennung und immersiver Visualisierung konnte HERON ein multifunktionales Instandhaltungsökosystem schaffen. Über die technische Leistung hinaus hat das Projekt verdeutlicht, dass aktualisierte Verfahren und Beschaffungsrahmen erforderlich sind, um Behörden die Einführung der Robotik als regulären Bestandteil ihrer Betriebsabläufe zu erleichtern. Durch die Demonstration der automatisierten Defekterkennung, des sicheren Robotereingriffs und der integrierten Berichterstattung markiert HERON einen Schritt in Richtung vorausschauende Instandhaltung und Nutzung digitaler Zwillinge im Infrastrukturmanagement.
