Ferngesteuerte Sensorsysteme spüren Gefahrstoffe auf

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat mehrere Demonstratoren entwickelt und getestet. Mit ihnen können Einsatzkräfte in Zukunft Gefahrstoffe aus sicherer Entfernung aufspüren und wichtige Informationen sammeln. An Bord von ferngesteuerten oder autonom operierenden robotischen Systemen wie Rovern oder Drohnen kommen dazu unterschiedliche, kompakte Sensoren und künstliche Intelligenz zum Einsatz. Das Zusammenspiel dieser Technologien ermöglicht es, schnell und flexibel ein besseres Lagebild zu erhalten.

Im Mittelpunkt steht dabei zuerst festzustellen, ob sich ein gefährlicher Stoff am Einsatzort befindet – also die Detektion. Im zweiten Schritt sollen erste Aussagen getroffen werden können, um was für eine Art von Gefahrstoff es sich handeln könnte, die sogenannte Klassifikation. „Je nach Gefahrstoff unterscheiden sich Verfahren und Möglichkeiten der Detektion und Bestimmung“, sagt Prof. Thomas Dekorsy, Direktor des DLR-Instituts für Technische Physik. Sein Institut hat gemeinsam mit den DLR-Instituten für Softwaretechnologie sowie für Robotik und Mechatronik die notwendigen Technologien entwickelt. Sie wurden bereits in einer Laborumgebung gemeinsam mit dem Bundesamt für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe (BBK) und dem Wehrwissenschaftlichen Institut für Schutztechnologien – ABC Schutz (WIS) der Bundeswehr erprobt. Am DLR-Standort Lampoldshausen stellte das Team zudem beispielhafte Einsatzszenarien in einer praktischen Betriebsumgebung nach. Dort verfügt das DLR über eine komplexe verfahrenstechnische Infrastruktur, das realen industriellen Anlagen – vor allem der chemischen Industrie – sehr nahekommt.

Mit mehreren Sensoren: Gefahren selbstständig erkennen und lokalisieren

Aktuell müssen Einsatzkräfte für die meisten Verfahren wissen, wo sie nach Gefahrstoffen suchen sollen. Zusätzlich müssen sie sehr nah an potenzielle Gefahrenquellen heran. „Um die Gefahr für Einsatzkräfte zur reduzieren, arbeiten wir am DLR daran, künftige Systeme weitgehend zu automatisieren und mit mehreren Sensorarten auszustatten, die zusammenarbeiten. Sie sollen sich selbstständig ins Untersuchungsgebiet begeben und eigenständig Objekte und Bereiche erkennen, Anomalien aufspüren und prüfen, um welche Stoffklasse es sich handelt“, erklärt Thomas Dekorsy. Für Flüssigkeiten und pulverförmige Feststoffe kombiniert das DLR dazu Multispektral-Kameras, laserbasierte Messverfahren und künstliche Intelligenz zur Datenauswertung.

Das DLR hat dieses Multisensor-System bei Übungsfahrten erprobt und trainiert. Es ist kompakt und kann sowohl auf einem kleinen Rover montiert werden als auch auf größeren, ferngesteuerten oder autonomen Fahrzeugen zum Einsatz kommen. Offroad-Testfahrten mit dem System fanden zum Beispiel auf der robotischen Plattform SHERP am DLR-Standort in Oberpfaffenhofen statt.

Bei ersten Tests erkannte das Sensorsystem zunächst auffällige Objekte wie Container oder Fässer beziehungsweise Bereiche mit Flecken aus Pulver oder Flüssigkeiten auf Fahrwegen und im Gelände. Mit Laserspektroskopie-Verfahren untersuchte es dann verdächtige Stellen aus einer Distanz von wenigen Metern, ohne diese zu berühren. Laserspektroskopie nutzt die Wechselwirkung zwischen dem von einem Laser ausgesendeten Licht und dem zu untersuchenden Stoff. So können vor allem chemische und biologische Gefahrstoffe direkt vor Ort erkannt und einer Klasse zugeordnet werden.

Gefahrstoffe in der Luft erkennen und klassifizieren

Bei einem Brand, Unfall, einer technischen Störung oder mit Absicht können Gase und Aerosole freigesetzt werden. Bisher müssen sich Einsatzkräfte mit umfassender Schutzausrüstung in das potenzielle Gefahrengebiet begeben, um von Hand Luftproben zu nehmen. Das DLR hat im Auftrag des BKK ein System entwickelt, das Luftproben für eine spätere Analyse im Labor ferngesteuert sammeln kann. Es kann auf einer Drohne oder anderen mobilen Plattformen befestigt werden.

„Auf einer Drohne funktioniert das System ferngesteuert und ist auch an schwer zugänglichen Orten verwendbar. So können Luftproben schnell und aus einer für den Menschen sicheren Entfernung genommen werden. Es liefert zudem genauere Informationen zu Ort und Zeit der Probenentnahme. Abhängig von den eingesetzten Prüfverfahren können wir auch erste Hinweise geben, um welchen Gefahrstoff es sich handeln könnte. Das alles nahezu in Echtzeit und kabellos übermittelt“, fasst Institutsdirektor Thomas Dekorsy zusammen. Das System aus mehreren Sensoren hat die Größe eines kleinen Kartons und wiegt rund drei Kilogramm. An einer ausfahrbaren Messlanze befindet sich die Sonde zur Probenentnahme. Sie beinhaltet bis zu sechs Probenröhrchen, um die Luft auf unterschiedliche Gefahrstoffe zu testen. Welches Röhrchen beprobt wird, lässt sich ebenfalls fernsteuern. Als weitere Einsatzmöglichkeiten für dieses System kommen auch die Bereiche Umweltmonitoring und Arbeitsschutz infrage.

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