Im Labor der Fachhochschule Kiel im Institut für Kommunikationstechnik und Embedded Systems fand an drei intensiven Tagen ein Testmarathon zur ersten Zusammenführung der Arbeit aller Partner statt. Nach einer langen Planungs-, Design- und Konstruktionsphase sollte festgestellt werden, ob die entworfenen Systeme aller Partner kompatibel miteinander sind. Ferner sollte getestet werden, wie gut die Schnittstellenkommunikation funktioniert und ob Bauräume passend kalkuliert wurden. Dabei konnten Probleme, wie z.B. die Störung der magnetischen Kommunikation durch die elektrisch betriebenen Schubdrüsen, überprüft und ausgeschlossen werden.

Der Fachbereich für Informations- und Codierungstheorie der Technischen Fakultät der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel forscht an einem neuartigen Kommunikationsmodul. Dieses soll die Kommunikation zwischen den AUVs mithilfe eines optischen und magnetischen Kommunikationsansatzes ermöglichen. Ergänzend zu der akustischen Kommunikation, kann der Einsatz von optischer und magnetischer Kommunikation eine bessere Datenrate liefern. Die akustische Kommunikation funktioniert zwar sehr stabil in großen Distanzen, dennoch verursacht der Wassereinfluss diverse Problem, wie z.B. Mehrwegeausbreitung. Die optische Kommunikation, welche sich genauso wie die magnetische Kommunikation mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, bietet große Datenraten durch eine große zur Verfügung stehende Bandbreite. Hierbei ist die Sichtverbindung zwischen Sender und Empfänger ausschlaggebend für die Reichweite. Je nach Gewässertyp kann sich diese somit stark unterscheiden.

Das optische Modul bestehend aus LEDs stellt eine Datenverbindung her, indem es gepulstes Licht abgibt. Das passiert so schnell, dass das menschliche Auge die Lichtmodulation nicht wahrnimmt. Die Lichtimpulse werden im Empfängergerät von einer Photodiode detektiert und in ein binäres Format (elektrischen Impulsen) umgewandelt. Die Daten – wie z.B. Logdaten oder Texte werden in einen binären Vektor gewandelt und auf ein Lichtsignal moduliert. „Licht an“ stellt dabei eine binäre 1 dar und „Licht aus“ eine 0. Neben der visuellen Übertragung wird die magnetische Kommunikation genutzt. Hierbei erzeugt eine Spule durch Stromfluss ein magnetisches Feld, welches die Daten beinhaltet. Durch gezieltes Ein- und Ausschalten des Elektromagnets werden die Daten übermittelt. Die magnetische Kommunikation benötigt im Gegensatz zu der optischen Kommunikation keine Sichtverbindung, ist jedoch empfindlich gegenüber dem Salzgehalt des Gewässers. Ein hoher Salzgehalt führt dazu, dass die Reichweite abnimmt. Durch den Einsatz der verschiedenen Kommunikationsmittel können sich die Systeme gegenseitig unterstützen. Dadurch kann in vielen Szenarien eine gute Verbindung gewährleisten werden. 

Zum Testauftakt wurden beide Module erstmalig in das AUV-Fahrzeug integriert. Nach einigen Einbauarbeiten ging es an erste Übertragungen von Textnachrichten. Nach einem mehrmaligen Aufblitzen eines blauen Lichtes erschien kurze Zeit später die Nachricht „Hello World“ auf dem Rechner. In Zukunft sollen neben Textnachrichten auch Foto- und Videodateien übertragen werden.

Die Missionsplanungssoftware der Universität zu Lübeck des Instituts für Technische Informatik ist maßgeblich für die autonome Fortbewegung und Überwachung des Fahrzeugs verantwortlich. Die Software soll den Nutzer befähigen Strecken vorzugeben, die das AUV abfahren soll. Zugleich werden während der Fahrt Messdaten zurück an die Software versendet. Die hochentwickelte Software ermöglicht den AUVs eine gewisse Art von „Intelligenz“, die das Ausführen komplexere Missionen möglich macht. Dabei erfordern kontinuierlich verändernde Umweltbedingungen ein hohes Maß an situativer Reaktionsfähigkeit. 

Dabei sorgt die Missionsplannung im Vorfeld, auch im Falle von extremen Bedingungen, für eine robuste Mission. Die Autonomie des AUVs soll Missionen als Regelsatz für Entscheidungen benutzen. Bedeutsam ist hier, dass der steigende Grad an Autonomie zu einer Verringerung der menschlichen Rolle für die Überwachung führt. 

Insbesondere wird daran gearbeitet eine benutzerfreundliche Schnittstelle mittels einer graphischen Oberfläche zu erzeugen, damit die Erstellung einer Mission auch von Wissenschaftlern ohne Robotik-Kontext durchgeführt werden kann. Die Software muss verschiedene Tools zur Verfügung stellen, um etwa Beschränkungen hervorzuheben oder das Planen von Pfaden eigenständig durchführen. Auf diese Weise könnten auch fach-fremde Wissenschaftler die AUV-Technologie zur Erreichung ihrer Ziele nutzen. Beim Trocken-Testlauf auf dem Parkgelände der Fachhochschule Kiel zeigte, dass das AUV seine aktuelle Position und Messdaten an die Benutzeroberfläche gesendet, sodass ein Verwender zu jederzeit überprüfen kann, ob in welchem Zustand der Mission sich das Fahrzeug befindet. Geplant ist künftig eine Datenbank-Anbindung einzurichten. Damit werden abgefahrene Strecken auf Knopfdruck abrufbereit und können mit Messwerten aus vergangenen Missionen verglichen und analysiert werden. Besonderes für den Einsatz im Bereich des Umweltmonotorings wäre dieser Use-Case ein wertvoller Zusatz. Das nächste Ziel der Universität zu Lübeck ist die Umsetzung einer Schwarmkommunikation und -navigation. Dabei soll die Mission sowohl in der Vorbereitung optimal geplant als auch während der Fahrt bei besonderen Ereignissen agil auf die Situation reagieren können.

Der Kommunikationsverbund aus mehreren AUVs wird durch eine Basisstation dem ASV (Autonomous Surcafe Vehicle) der Firma emma technologies vervollständigt. Das ASV empfängt und versendet Informationen zwischen den AUVs und sorgt für einen stabilen Kommunikationsfluss und dient als Basiskommuniation während Missionen. Auch hier konnten erste erfolgreiche Testergebnisse vermerkt werden.

Rückblickend auf die vergangene Periode zeichnet sich vor allem die enge Zusammenarbeit aller Parteien aus. Trotz der Umstände aufgrund der Corona- Pandemie haben alle Beteiligten dazu beigetragen, dass möglichst keine Beeinträchtigung im Entwicklungsablauf entstehen. Insgesamt waren die Testtage ein entscheidender Schritt für den weiteren Verlauf des Projektes.Es war ein fruchtbares Zusammenkommen, um an Schwachstellen anzuknüpfen und Optimierungen vorzunehmen. Wir freuen uns auf spannende Fortschritte und eine weiterhin erfolgreiche Zusammenarbeit.