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DER KONSTRUKTEUR 1-2/2019

DER KONSTRUKTEUR 1-2/2019

ANTRIEBSTECHNIK ANTRIEB

ANTRIEBSTECHNIK ANTRIEB FÜR DEN ASSISTENTEN IM ALL Die Raumfahrt-Division von Airbus hat den ersten künstlichen Assistenten für Astronauten entwickelt. Er unterstützt seit Juni die Besatzung der Internationalen Raumstation ISS bei mehreren Experimenten. Dabei schwebt der kugelförmige Roboter mit der Größe und Form eines Medizinballs trotz seiner 5 kg Gewicht schwerelos im Raum. Kompakte, leichte DC-Servomotoren mit hoher Leistungsdichte erlauben ihm, sich an Bord zielgerichtet zu bewegen. PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Airbus hatte die Konzeption des kugelförmigen Flugbegleiters Cimon (Crew Interactive Mobile Companion), der frei im Raum schwebt, zunächst im Rahmen einer eigenfinanzierten Studie untersucht. Im August 2016 kam dann der Auftrag vom Raumfahrtmanagement des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), das Projekt zu verwirklichen. Das gelang einem rund fünfzigköpfigen Team von Airbus und DLR sowie der Ludwig-Maximilian-Universität München (LMU) in weniger als zwei Jahren. Außerdem waren Experten des Computerherstellers IBM dabei, auf dessen Watson-Technologie die künstliche Intelligenz (KI) des Cimon-Projekts beruht. Dank ihr lernt der kleine Helfer selbstständig, sich zu orientieren, sich im Raum zu bewegen, Wissen zu sammeln und seinen menschlichen Partner zu erkennen, um mit ihm zu kommunizieren. TECHNOLOGIEEXPERIMENTE IM ALL Als Teil der Horizons-Mission flog der Astronauten-Assistent im Juni 2018 zur ISS. Hier entwickeln die großen Raumfahrtnationen gemeinsam Lösungen für die globalen Herausforderungen unserer Gesellschaft „Gesundheit, Umwelt und Klimawandel“ sowie „Digitalisierung, Industrie 4.0, Energie und Mobilität von Morgen“. Als Technologie-Experiment soll Cimon die Zusammenarbeit von Menschen und intelligenten Maschinen an Bord der ISS demonstrieren. Mitglieder der Besatzung können mit seiner Hilfe Checklisten oder Prozeduren abarbeiten und dabei auch in einen echten Dialog mit ihrem Assistenten treten. Im Fokus des Einsatzes von Cimon standen zunächst drei Experimente, die er zusammen mit dem deutschen Crewmitglied und Autor: Dipl.-Ing. (BA) Andreas Seegen, Faulhaber und Ellen-Christine Reiff, M.A., Redaktionsbüro Stutensee zeitweiligen Kommandanten Alexander Gerst absolvierte. Gemeinsam machten sie sich dran, die Farben des Rubik-Zauberwürfels zu sortieren und führten einen Versuch mit Kristallen sowie ein medizinisches Experiment durch. Dabei unterstützt der künstliche Assistent bei Lernprozessen, gibt Schritt-für-Schritt-Anleitungen, prüft die Erledigung mithilfe seiner eingebauten Kamera und greift bei Bedarf auch verbal korrigierend ein. PROPELLERANTRIEB FÜR DIE SCHWEBENDE KUGEL DA BEI DER BEFÖRDERUNG INS ALL JEDES GRAMM UND JEDER KUBIKZENTIMETER ZÄHLT, IST MÖGLICHST VIEL ANTRIEBSKRAFT BEI MÖGLICHST GERINGEM GEWICHT UND VOLUMEN GEFRAGT An Bord der ISS schwebt der medizinballgroße Assistent trotz seiner 5 kg Gewicht schwerelos im Raum. Damit er sich zielgerichtet bewegen kann und dabei nicht aneckt, ist er mit sieben röhrenförmigen Luftdüsen ausgestattet, in denen jeweils zwei kleine Propeller untergebracht sind. Sie erlauben ihm auch körpersprachliche Interaktion. „Vier Röhren sind in der x-Achse ausgerichtet und für Vor- und Zurückfahren zuständig, wo wir die höchste Geschwindigkeit brauchen“, erläutert Philipp Schulien, Science Engineer bei Airbus in Friedrichshafen. „Bei entsprechender Ansteuerung der einzelnen Propeller geben sie dem Missionsbegleiter auch die Fähigkeit, zu nicken oder den „Kopf“ zu schütteln. Zwei Röhren sind für die 16 DER KONSTRUKTEUR 1-2/2019

EINE MESSE. EIN ZIEL. ZWEI STÄDTE. seitliche Bewegung, eine ist für Auf und Ab ausgerichtet. Diese Anordnung – anstelle je eines größeren Propellers pro Achse – wurde unter anderem auch wegen der strengen Lärmschutzbestimmungen der ISS gewählt.“ Wenn der kleine Helfer mit einem Crewmitglied zusammenarbeitet, soll er sich in einer „Box“ aufhalten, einem gedachten Quader im Luftraum der Station. Um an Ort und Stelle zu bleiben, muss der Astronauten-Assistent Cimon allerdings einigen Aufwand betreiben, denn sein zulässiger Aufenthaltsbereich bewegt sich mit der ständigen Rotation der ISS ebenfalls im Kreis. Außerdem wird die Luft an Bord ständig umgewälzt. Der herrschende Luftstrom und die Rotation würden ihn ohne Gegenwehr schnell an die nächste Bordwand drücken. Die Propeller in seinen Luftdüsen geben deshalb regelmäßig kleine Schubimpulse zur Positionskorrektur. Die verschiedenen Bewegungen des Missionsbegleiters werden durch die Zu- und Abschaltung einzelner Propeller sowie über die Drehzahl der jeweiligen Antriebsmotoren gesteuert. Letztere sind bürstenlose Servomotoren der Serie 0824…B aus dem Portfolio des Antriebsspezialisten Faulhaber. Ein Speed Controller des gleichen Herstellers (SC1801) übersetzt die Befehle der Navigationssoftware und regelt die Drehzahl entsprechend. Philipp Schulien nennt gleich mehrere Gründe für diese Wahl: „Motoren von Faulhaber haben sich bereits in der Raumfahrt bewährt. Da bei der Beförderung ins All jedes Gramm und jeder Kubikzentimeter zählt, brauchen wir immer möglichst viel Antriebskraft bei möglichst geringem Gewicht und Volumen. Die gewählte Kombination ist ausgesprochen kompakt. Daneben sind absolute Zuverlässigkeit, Langlebigkeit und Wartungsfreiheit ebenso wichtig. Nicht zuletzt sollen die Antriebe auch möglichst wenig Energie verbrauchen und sehr leise sein, um die Crew nicht durch zusätzliche Geräuschent- 20.–21. FEBRUAR 2019 AUGSBURG www.fmb-sued.de Code: SUED419 einlösen und kostenloses Ticket sichern! 01 Auf der Erde liegt der 5 kg schwere Cimon am Boden, im All wird der medizinballgroße Roboterkopf zum schwebenden „Gehirn“ 6.–8. NOVEMBER 2019 BAD SALZUFLEN www.fmb-messe.de ZULIEFERMESSE FÜR MASCHINENBAU, AUTOMATISIERUNG UND PRODUKTION

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