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Wissenschaftler des Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) des MIT und des Senseable City Laboratory haben gemeinsam mit dem Amsterdam Institute for Advanced Metropolitan Solutions (AMS Institute) in den Niederlanden das letzte Projekt ihrer selbststeuernden Trilogie vorgestellt: ein voll autonomes Roboterboot in Originalgröße, das bereit ist, in den Grachten von Amsterdam eingesetzt zu werden.
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"Roboat" hat einen langen Weg zurückgelegt, seit das Team Ende 2015 mit dem Prototyping kleiner Schiffe im MIT-Pool begann. Letztes Jahr stellte das Team sein halbgroßes, mittelgroßes Modell vor, das 2 Meter lang war und vielversprechende Navigationsfähigkeiten zeigte.
In diesem Jahr wurden zwei Roboats in Originalgröße vorgestellt, die mehr als nur ein Proof-of-Concept waren: Diese Boote können bequem bis zu fünf Personen befördern, Abfall sammeln, Waren ausliefern und Infrastruktur auf Abruf bereitstellen.
Das Boot sieht futuristisch aus - eine elegante Kombination aus Schwarz und Grau mit zwei einander zugewandten Sitzen und orangefarbenen Blockbuchstaben an den Seiten, die die Namensgeber der Hersteller illustrieren.
Es ist ein vollelektrisches Boot mit einer Batterie von der Größe einer kleinen Truhe, die bis zu 10 Stunden Betrieb und kabelloses Aufladen ermöglicht.
Die autonomen elektrischen Roboats des MIT in einer Amsterdamer Gracht. Das Boot kann bis zu fünf Personen befördern, Müll einsammeln, Waren ausliefern und eine Infrastruktur auf Abruf bereitstellen.
Daniela Rus, MIT-Professorin für Elektrotechnik und Informatik und Direktorin des CSAIL, sagt: "Wir haben jetzt eine höhere Präzision und Robustheit in den Wahrnehmungs-, Navigations- und Steuerungssystemen, einschließlich neuer Funktionen, wie z. B. den Annäherungsmodus für das Einrasten und eine verbesserte dynamische Positionierung, so dass das Boot in realen Gewässern navigieren kann.
"Das Steuerungssystem von Roboat ist an die Anzahl der Personen im Boot angepasst."
Um schnell durch die belebten Gewässer von Amsterdam zu navigieren, benötigt Roboat eine sorgfältige Kombination aus geeigneter Navigations-, Wahrnehmungs- und Steuerungssoftware.
Mithilfe von GPS entscheidet das Boot autonom über eine sichere Route von A nach B und scannt dabei ständig die Umgebung, um Kollisionen mit Objekten wie Brücken, Pfeilern und anderen Booten zu vermeiden.
Um autonom einen freien Weg zu bestimmen und Kollisionen mit Objekten zu vermeiden, verwendet Roboat Lidar und eine Reihe von Kameras, die einen 360-Grad-Blick ermöglichen. Dieses Bündel von Sensoren wird als "Perception Kit" bezeichnet und ermöglicht es Roboat, seine Umgebung zu verstehen.
Wenn die Wahrnehmung ein ungesehenes Objekt, wie z. B. ein Kanu, erfasst, kennzeichnet der Algorithmus das Objekt als "unbekannt".
Wenn sich das Team später die gesammelten Daten des Tages ansieht, wird das Objekt manuell ausgewählt und kann als "Kanu" gekennzeichnet werden.
Die Steuerungsalgorithmen - ähnlich denen, die für selbstfahrende Autos verwendet werden - funktionieren ein wenig wie ein Steuermann, der Ruderern Befehle gibt, indem er einen vorgegebenen Pfad in Anweisungen für die "Thruster" übersetzt, also die Propeller, die das Boot in Bewegung halten.
Auch wenn das Boot etwas futuristisch anmutet, ist sein Verriegelungsmechanismus eine seiner beeindruckendsten Leistungen: Kleine Kameras auf dem Boot leiten es zur Andockstation oder zu anderen Booten, wenn sie bestimmte QR-Codes erkennen.
Carlo Ratti, Professor für Praxis am MIT Department of Urban Studies and Planning (DUSP) und Leiter des Senseable City Lab, sagt: "Das System ermöglicht es Roboat, sich mit anderen Booten und der Andockstation zu verbinden, um temporäre Brücken zur Verkehrsentlastung sowie schwimmende Bühnen und Plätze zu bilden, was bei der letzten Iteration nicht möglich war."
Roboat ist von seinem Design her auch vielseitig. Das Team hat ein universelles "Rumpf"-Design entwickelt - das ist der Teil des Bootes, der sowohl im als auch auf dem Wasser schwimmt.
Während normale Boote einzigartige Rümpfe haben, die für bestimmte Zwecke konzipiert sind, hat Roboat ein universelles Rumpfdesign, bei dem die Basis gleich ist, aber die oberen Decks je nach Einsatzzweck ausgetauscht werden können.
Fabio Duarte, leitender Wissenschaftler bei DUSP und federführender Wissenschaftler des Projekts, sagt: "Da Roboat seine Aufgaben rund um die Uhr und ohne einen Skipper an Bord erfüllen kann, stellt es einen großen Mehrwert für eine Stadt dar. Aus Sicherheitsgründen ist es jedoch fraglich, ob das Erreichen der Autonomiestufe A wünschenswert ist.
"Genau wie ein Brückenwärter wird ein Bediener an Land den Roboat von einem Kontrollzentrum aus überwachen. Ein Bediener kann über 50 Roboat-Einheiten überwachen und so einen reibungslosen Betrieb sicherstellen."
Der nächste Schritt für Roboat ist die Erprobung der Technologie im öffentlichen Bereich.
Stephan van Dijk, Leiter der Innovationsabteilung des AMS-Instituts, sagt: "Das historische Zentrum von Amsterdam ist der perfekte Ort, um damit zu beginnen, denn das kapillare Netzwerk von Grachten leidet unter den heutigen Herausforderungen, wie Mobilität und Logistik."
Frühere Versionen von Roboat wurden bereits auf der IEEE International Conference on Robotics and Automation vorgestellt. Die Boote werden am 28. Oktober in den Gewässern von Amsterdam enthüllt.
Ratti, Rus, Duarte und Dijk arbeiteten an dem Projekt zusammen mit Andrew Whittle, Edmund K. Turner Professor für Bau- und Umwelttechnik am MIT, Dennis Frenchman, Professor am MIT Department of Urban Studies and Planning, und Ynse Deinema vom AMS Institute.
Das Roboat-Projekt ist eine gemeinsame Zusammenarbeit zwischen dem CSAIL und dem AMS-Institut. Die Stadt Amsterdam ist ein Projektpartner.
