Roboter üben für den nuklearen Ernstfall

Unfall im Atomkraftwerk. Explosion nahe dem Reaktor. Wie sieht es in dem Gebäude jetzt aus? Droht Einsturzgefahr? Ist Strahlung ausgetreten? Menschen scheiden zur Aufklärung dieser zeitkritischen Fragen aus. Sie in die unbekannte Lage zu schicken, wäre viel zu gefährlich. Jetzt hängt alles an ihnen: Robotern! Doch sind diese bereits so weit, wirklich verlässlich unterstützen zu können? Beim »European Robotics Hackathon (EnRicH)« haben Forschung, Universitäten, Industrie und Anwender die Gelegenheit, das zu testen.

European Robotics Hackathon (EnRicH)

© Fabian Vogl
Das niemals in Betrieb gegangene Atomkraftwerk Zwentendorf nahe Wien ist der ideale Austragungsort für den seit 2017 alle zwei Jahre stattfindenden European Robotics Hackathon (EnRicH). Internationale Teams und ihre Roboter stellen sich hier Aufgaben, die auf realen Einsatzszenarien vergangener Atomunfälle beruhen.
© Fabian Vogl
Explosion nahe dem Reaktor. Wie sieht es in dem Gebäude jetzt aus? Sind Wände eingestürzt? Ist Strahlung ausgetreten? Roboter sollen die Situation erkunden und 3D- und Strahlungskarten erstellen. Menschen in die unklare Lage zu schicken, wäre viel zu gefährlich.

Die Atomkatastrophe von Tschernobyl im April 1986, die jüngst dank einer TV-Serie bilderstark zurück ins öffentliche Gedächtnis gelangte, und der GAU in Fukushima 25 Jahre später, im März 2011, haben eines deutlich gemacht: Absolute Sicherheit gibt es bei Atomkraft nicht. Denn trotz jahrzehntelanger Erfahrung, ausgetüftelter Notfallpläne und stetig fortentwickelter Technologien kann es in jedem Atomkraftwerk jederzeit zu einem Unfall kommen. Mit verheerenden möglichen Folgen für Menschen und Umwelt.

Neben teils veralteten Anlagen, Naturkatastrophen und dem unberechenbaren Faktor Mensch hat sich die Lage durch das zunehmende Bedrohungsszenario terroristischer Angriffe noch verschärft. Dabei ist die Liste von Störfällen in kerntechnischen Anlagen Europas bereits heute lang – fast 40 seit dem Jahr 2000 (Stand: 2019).

Doch nicht nur der Super-GAU, sondern bereits die geordnete Stilllegung alter kerntechnischer Anlagen oder der Abbau von Zwischenlagern rufen Roboter zur Unterstützung auf den Plan. »Die Einsatzszenarien für robotische Systeme im Bereich CBRNE sind sehr real, trotzdem wird bislang erstaunlich wenig konkret in diese Richtung geforscht«, erläutert Dr. Frank Schneider, stellvertretender Leiter der Abteilung »Kognitive Mobile Systeme« am Fraunhofer FKIE, die Situation.

Um die Möglichkeit zu bieten, den aktuellen Stand von Forschung und Technik in realen Einsatzszenarien auf die Probe zu stellen, hat er im Jahr 2017 gemeinsam mit dem Amt für Rüstung und Wehrtechnik (ARWT) des österreichischen Heeres den »European Robotics Hackathon (EnRicH)« initiiert.

Reale Einsatzszenarien aus vergangenen Katastrophen

Der Wettbewerb findet seitdem alle zwei Jahre in dem nahe Wien gelegenen Kernkraftwerk Zwentendorf statt. Das AKW entspricht demselben Reaktortyp wie der Katastrophenmeiler in Fukushima. Seine Einschaltung wurde jedoch 1978, kurz nach seiner Fertigstellung, durch eine Volksbefragung gestoppt.

Das niemals in Betrieb gegangene Kernkraftwerk bietet damit den idealen Austragungsort für die realitätsnahen Aufgabenstellungen, die unter anderem auf realen Einsatzszenarien vergangener Atomunfälle beruhen. »EnRicH ist zudem der einzige Wettbewerb in Europa, bei dem mit echter Strahlung geübt wird«, hebt ARWT-Leiter General Michael Janisch eine weitere, durch sein Amt ermöglichte Besonderheit des Hackathons hervor. »Hier zeigt sich, was die europäische Robotik im Fall der Fälle leisten kann.«

© Fraunhofer FKIE
EnRicH 2017: Bei der ersten Ausgabe des Hackathon spielte sich der Aufgabenparcours auf einer Reaktorebene in über 40 Metern Höhe ab. Eine gewaltige Herausforderung allein, die teilweise über eine Tonne wiegenden Roboter dorthin zu bekommen.
© Fabian Vogl
EnRicH 2019: Das Szenario spielte diesmal zwar im Erdgeschoss des AKW, allerdings reichten hier die Aufgaben bis in den Reaktor hinein. Enge Stiege, schmale Treppen und Rampen und dicke Betonwände – die typischen Beschaffenheiten eines Kernkraftwerks verlangten den Teilnehmern auch hier wieder einiges an Können ab.

Ganz im Sinne und Verständnis eines Hackathon sieht sich die Veranstaltung weniger als Wettbewerb, sondern vielmehr als gemeinsame Übung, die der internationalen Robotik-Elite und Nuklear-Experten die Gelegenheit bietet, sich zu vernetzen, über neueste Entwicklungen und Fortschritte auszutauschen und unterschiedliche Lösungsansätze bei der Bewältigung der fordernden, realitätsnahen Aufgaben zu vergleichen.

Dennoch ist die Veranstaltung wie ein Wettbewerb organisiert. Die Teilnehmerteams können sich zu unterschiedlichen Disziplinen melden und in diesen messen. Gefragt sind Aufgaben aus den Bereichen »Exploration«, der Erkundung und möglichst genauen Kartierung der Infrastruktur inklusive der Messung und Kartierung ausgetretener Strahlung, »Manipulation« und »Search & Rescue«.

Herausfordernde Aufgaben in 40 Metern Höhe und bis ins Reaktorinnere

Für alle Kategorien stehen spannende Szenarien auf dem Programm. So spielte die erste EnRicH-Ausgabe auf einer Reaktorebene in 40 Metern Höhe. Die teilweise über eine Tonne wiegenden Roboter mussten, um dorthin zu gelangen, zunächst einmal mit einem Kran nach oben befördert werden. Eine gewaltige Herausforderung.

Und auch bei der zweiten EnRicH-Ausgabe im Jahr 2019 waren die insgesamt zehn internationalen Teams und ihre Roboter stark gefordert. Schauplatz des Aufgabenparcours war diesmal zwar das Erdgeschoss des AKW, allerdings inklusive des Reaktorbereichs und sogar bis in diesen hinein.

Auch hier rang die typische Beschaffenheit eines AKW Teams und Robotern einiges an Können ab: durch fehlendes Licht, enge Gänge und Türen, steile Treppen und massive, jede Art von Funkverbindung extrem erschwerende Betonwände.

Ganz im Spirit eines Hackathon nahmen es die Teilnehmer wieder sportlich. Nach ersten Testdurchläufen noch ohne radioaktive Strahlenquellen wurde in der Pit Lane, der Boxengasse, in der die Teams und ihre Roboter untergebracht waren, fieberhaft diskutiert, programmiert und geschraubt, um Software und Technik für den richtigen Wettbewerb optimal zu vorzubereiten.

© Fabian Vogl
EnRicH 2019: Finetuning von Software und Technik nach den Erkenntnissen der ersten Testdurchläufe. Für die eigentlichen Wettbewerbsdurchgänge soll alles optimal vorbereitet sein.
© Fabian Vogl
Glückwunsch: Auch 2019 konnte sich Team FKIE mit den Robotern Fenrir und Magni erfolgreiche Platzierungen im Hackathon sichern. Die realen Einsatzbedingungen des EnRicH legen eventuelle Defizite der eigenen Lösungsansätze gnadenlos offen. Die praktischen Erfahrungen und Erkenntnisse sind extrem wertvoll und finden unmittelbaren Eingang in die weitere Forschungsarbeit.

»EnRicH 2019 war aus unserer Sicht eine sehr erfolgreiche Veranstaltung mit bereits deutlich besseren Leistungen als noch bei der ersten Ausgabe 2017«, zieht Dr. Frank Schneider Bilanz. »Allerdings ist es bis hin zu Lösungen, die im Ernstfall wirklich zuverlässig und vielfältig Unterstützung bieten können, noch ein sehr weiter Weg, der weiterer umfangreicher Forschungsarbeit bedarf.«

So machen beispielsweise allein die Fortbewegung auf nicht ebener Fläche oder schwierige Kommunikationsbedingungen, mit denen im realen Katastrophenfall sicher zu rechnen ist, den meisten Robotern noch massiv zu schaffen. Es gibt daher noch viel zu tun.

In welche Ergebnisse die Erfahrungen der Teilnehmerteams umgesetzt werden, wird sich bei der kommenden dritten EnRicH-Ausgabe vom 4. bis 8. Oktober 2021 zeigen. Ihre Unterstützung hat das Amt für Rüstung und Wehrtechnik (ARWT) des österreichischen Heeres bereits zugesichert. Schneider: »Auch anforderungstechnisch werden wir dann aber natürlich neue Maßstäbe setzen.«

Erfolgreiche Platzierungen für das Team FKIE

Und nicht nur für Planung, Organisation und Durchführung des EnRicH zeichnet das Fraunhofer FKIE verantwortlich. Ein weiteres Team der Abteilung »Kognitive Mobile Systeme« (CMS) stellt sich in den eigenen Forschungsschwerpunktthemen auch jedes Mal aktiv den Disziplinen. Bislang überaus erfolgreich: So bewertete die unabhängige Jury aus internationalen Experten die Leistungen der FKIE-Wissenschaftler 2019 mit Platz 1 in der Kategorie »Search & Rescue« und Platz 2 in der Kategorie »Exploration«.  

 

 

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Team FKIE @EnRicH 2019

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