MSA Insights. Basierend auf unserem Gespräch mit Dr.-Ing. Mehmed Yüksel und Manuel Meder vom Robotics Innovation Center des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI).
Auf der Space Tech Expo Europe 2024 sprachen wir mit zwei führenden Entwicklern des DFKI. Dabei kristallisierten sich drei zentrale Themen heraus: Rover benötigen eine anpassungsfähige Fortbewegung, um schwieriges Gelände zu bewältigen; standardisierte Schnittstellen beschleunigen Missionen und ermöglichen modulare Ökosysteme; und Autonomie gewinnt an Bedeutung, da planetare Umgebungen Entscheidungen in unmittelbarer Nähe zur Hardware erfordern.
Dr.-Ing. Mehmed Yüksel und Teamleiter Manuel Meder zeigten auf, wie diese Bausteine in aktuellen Systemen umgesetzt werden und wie die Forschung voranschreitet. Das Interview gibt Aufschluss darüber, welche Technologien bereits in Laboren und Feldversuchen existieren und wie sie die Missionsarchitekturen mittelfristig beeinflussen könnten.
SherpaTT kombiniert herkömmliche Räder mit aktiv gesteuerten Radarmen. Dies ermöglicht es dem Rover, seine Aufstandsfläche anzupassen, Hindernisse zu überwinden oder sich durch enge Passagen zu bewegen. Er kann zwischen einer stabilen, vierbeinigen Standposition, effizienter Fortbewegung und ausbalancierten Kletterbewegungen wechseln. Die Fähigkeit von SherpaTT, einzelne Radarme gezielt zu bewegen oder anzuheben, hilft dabei, Lastspitzen in felsigem oder sandigem Gelände effektiver zu verteilen. Dadurch werden Stoßbelastungen des Fahrwerks reduziert und Situationen vermieden, in denen herkömmliche Antriebssysteme steckenbleiben oder umkippen könnten.
Von außen betrachtet veranschaulicht dieses Design die Weiterentwicklung der Mobilität bei der Erkundung anderer Himmelskörper. Weltweit entwickeln Forschungsgruppen Systeme, die dynamisch auf unterschiedliche Fortbewegungsarten reagieren können. Eine solche Anpassungsfähigkeit gewinnt zunehmend an Bedeutung. Technologien wie SherpaTT gelten als zukunftsweisende Lösungen, die Missionsrisiken minimieren und den Zugang zu anspruchsvollem Gelände ermöglichen.
Diese Flexibilität stellt hohe Anforderungen an die Komponentenebene. Aktuatoren, Getriebe, thermische Schnittstellen, Verkabelungen und Dämpfungselemente müssen stark schwankenden Kräften, häufigen Richtungswechseln, sich verlagernden Kontaktpunkten sowie komplexen Temperaturzyklen standhalten. Sensorsysteme und Datenübertragungswege müssen auch dann stabil funktionieren, wenn sich ihre physische Ausrichtung erheblich ändert.
Die Kombination aus mechanischer Anpassungsfähigkeit und modularer Erweiterbarkeit macht SherpaTT zu einem Beispiel dafür, wie künftige Rover gestaltet sein könnten: nicht als starre Fahrzeuge, sondern als vielseitige Plattformen, die sich an unterschiedliche Aufgaben und Umgebungen anpassen lassen. Dieser Trend hat direkte Auswirkungen auf die Auswahl, Qualifizierung und Integration hochzuverlässiger Komponenten.
Bei den vom DFKI vorgestellten Systemen fungiert die EMI-Schnittstelle als gemeinsamer Anschlusspunkt für Werkzeuge und Sensoren. Eine einzige Schnittstelle gewährleistet die mechanische Befestigung, die Stromversorgung sowie die Datenkommunikation. Dies ermöglicht die Montage oder den Austausch von Modulen mit minimalem Aufwand – ein Grad an Modularität, wie er in der planetaren Robotik bislang selten zu finden war.
Sowohl der SherpaTT als auch der kleinere Rover COYOTE nutzen EMI in verschiedenen Ausführungen zur Anbindung von Sensoren, Manipulatoren oder zusätzlichen Energieeinheiten. In beiden Fällen zeigen sich die Vorteile einer standardisierten Schnittstelle: Ein Rover kann das Werkzeug wechseln, ohne dass die zugrundeliegende Systemarchitektur neu konfiguriert werden muss. Gleichzeitig erlaubt dieser Ansatz die Integration künftiger Module unterschiedlicher Reifegrade – ein entscheidender Vorteil für Missionskonzepte, an denen mehrere Partner beteiligt sind.
Aus technischer Sicht ist die Bedeutung solcher Schnittstellen kaum zu überschätzen. Studien zu robotischen Erkundungsmissionen belegen, dass der Übergang von maßgeschneiderten Einzellösungen hin zu interoperablen Standards einen wesentlichen Schritt zur Senkung der Missionskosten und zur Verkürzung der Entwicklungszyklen darstellt. Eine Schnittstelle wie EMI ermöglicht die Wiederverwendung von Modulen über verschiedene Projekte hinweg, schafft plattformübergreifende Synergien und bietet Komponentenherstellern klar definierte mechanische und elektrische Anforderungen.
Eine elektromechanische Schnittstelle wie EMI erfordert höchste Präzision hinsichtlich der Kontaktgenauigkeit, der Verriegelungsmechanismen, der elektromagnetischen Verträglichkeit und der thermischen Beständigkeit. Da Rover unwegsames Gelände durchqueren und starken Vibrationen ausgesetzt sind, muss die Verbindung stabil bleiben – ohne Kontaktunterbrechungen, Datenverluste oder Ausfälle bei der Stromversorgung. Ebenso entscheidend sind die Materialwahl, die Dichtungskonzepte, die Langlebigkeit der Steckverbindungen sowie die Fähigkeit, sowohl niedrige Signalpegel als auch hohe Stromstärken zuverlässig zu übertragen.
EMI ist somit weit mehr als nur ein mechanischer Befestigungspunkt; die Schnittstelle ist ein zentrales Element bei der Konstruktion modularer Robotersysteme. Das Interview verdeutlicht, wie weit diese Entwicklung bereits fortgeschritten ist und wie derartige Schnittstellen die Architektur künftiger Missionen prägen könnten.
Das Interview verdeutlichte, dass Hardware, Elektronik, Software und KI am DFKI eng miteinander verzahnt sind. Bei diesen Systemen handelt es sich nicht um isolierte Teilsysteme, sondern um kohärente Architekturen, in denen mechanische Strukturen, Energiepfade, Sensorik und datenbasierte Entscheidungsfindung von Grund auf gemeinsam geplant werden. Genau dieser Integrationsgrad unterscheidet moderne Robotikplattformen von herkömmlichen Raumfahrtsystemen, bei denen die einzelnen Teilsysteme oft unabhängig voneinander entwickelt wurden.
Autonomie wird hierbei nicht als bloße Zusatzfunktion, sondern als Fundament der gesamten Systemlogik betrachtet. Sie muss lokal funktionieren, damit Rover und kleine Erkundungseinheiten auch bei begrenzter Bandbreite oder Latenzzeiten von mehreren Sekunden zuverlässig operieren können. Entscheidungen zu Navigation, Stabilität oder Energiemanagement fallen daher dort, wo die Daten entstehen: direkt in der Hardware, in unmittelbarer Nähe zu Sensoren und Aktuatoren.
Diese Architektur stellt hohe Anforderungen an Sensorik, Energieverteilung, Diagnose und Datenintegrität. Sensoren müssen auch bei starken Vibrationen oder raschen Lageänderungen präzise Messwerte liefern. Die Energieversorgung muss so ausgelegt sein, dass sie Lastspitzen bewältigen kann, wie sie bei hybriden Fortbewegungsarten auftreten. Diagnosefunktionen müssen Fehler frühzeitig erkennen, da ein Eingriff aus der Ferne meist zeitverzögert erfolgt. Zudem müssen die Datenpfade deterministisch und robust ausgelegt sein, um einen sicheren Betrieb autonomer Algorithmen zu gewährleisten.
Aus externer Sicht zeigt dieser Ansatz, dass künftige Robotiksysteme für den Einsatz auf anderen Himmelskörpern zunehmend auf eng integrierte, durchgängige Architekturen setzen werden. Die Komponenten sind keine isolierten Einzelteile mehr, sondern Bestandteile einer hochsensiblen Funktionskette. Für Zulieferer bedeutet dies, dass Materialrobustheit, elektrische Stabilität, EMV-Verhalten, Kontaktzuverlässigkeit sowie die Widerstandsfähigkeit gegenüber Staub, Temperaturwechseln und mechanischer Belastung direkten Einfluss auf die Gesamtleistung des Systems haben.
Einer der bemerkenswertesten Aspekte des Interviews war die Vorstellung des Rover-Demonstrators „Sammler KI“. Er wurde so konzipiert, dass er der langen Mondnacht standhält – einer Zeitspanne, in der die Temperaturen extrem schwanken und keine Solarenergie zur Verfügung steht. Der Innenrahmen schützt die empfindliche Steuerungs- und Kommunikationselektronik vor thermischen und mechanischen Belastungen. Die beiden Batterietypen erfüllen unterschiedliche Aufgaben: Der eine versorgt das Antriebssystem mit Energie, während der andere die Wärmeregulierung unterstützt, um kritische Komponenten auch während der langen Dunkelphase innerhalb ihres Betriebstemperaturbereichs zu halten.
Ein zentrales Kühlelement im oberen Bereich gibt überschüssige Wärme ab, sobald wieder Sonnenlicht einfällt oder die aktiven Komponenten Wärme erzeugen. Sobald wieder Sonneneinstrahlung verfügbar ist, laden die Solarpaneele das System schrittweise auf. Diese Architektur verdeutlicht, dass die Optimierung einzelner Teilsysteme allein nicht ausreicht. Energieerzeugung, Wärmedämmung, Wärmeabfuhr und das Verhalten der Batterien müssen präzise aufeinander abgestimmt sein.
Betrachtet man das Konzept von außen, so wird deutlich, wie anspruchsvoll die Umgebung auf dem Mond tatsächlich ist. Lange Dunkelphasen bergen erhebliche Risiken, darunter thermische Kontraktion, Materialermüdung, Veränderungen der elektrischen Eigenschaften sowie die Herausforderungen extrem niedriger Temperaturen. Materialwahl, Isolierung, Kontaktstabilität, Batteriechemie und Leitfähigkeit werden zu missionskritischen Faktoren und nicht bloß zu nachrangigen Aspekten.
Gleichzeitig zeichnet sich ein allgemeinerer Trend in der internationalen Forschung ab: Autonome Langzeitmissionen erfordern robuste Energiespeicher, ein ausgefeiltes Thermomanagement sowie Schnittstellen, die auch bei extremen Temperaturwechseln zuverlässig funktionieren. Hinsichtlich der Komponenten steigen die Anforderungen an Langlebigkeit, Toleranzbereiche, Alterungsverhalten sowie die Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen und elektrischen Belastungen stetig an. „Sammler KI“ ist ein anschauliches Beispiel dafür, wie die physikalischen Gegebenheiten der Mondumgebung die Architektur künftiger Missionen prägen.
SherpaTT wurde außerhalb des Labors in Marokko, Utah und auf Lanzarote getestet. Diese Regionen dienen als etablierte Analogstandorte für Mars- und Mondgelände, da sie lockere, regolithartige Oberflächen, scharfkantige Basaltstrukturen, Steigungen und starke Temperaturschwankungen vereinen. Solche Umgebungen erzeugen reale Belastungsszenarien – etwa durch Traktion, Vibrationen, thermische Wechselbeanspruchung und abrasiven Staub –, die sich im Labor nur annähernd simulieren lassen.
Studien der ESA, des DLR und anderer internationaler Forschungseinrichtungen zufolge sind Tests unter diesen Bedingungen unerlässlich, um Navigationsstrategien zu validieren, das Materialverhalten bei abrasivem Staub zu analysieren und die Langzeitbeständigkeit von Schnittstellen (wie etwa EMI) zu ermitteln. Diese Experimente liefern wichtige Erkenntnisse darüber, wie sich Robotersysteme in natürlichen Umgebungen bewähren und wo Anpassungen für die rauen Bedingungen auf anderen Himmelskörpern erforderlich sind.
Das Interview hebt verschiedene Entwicklungen hervor, die die künftige Missionsplanung beeinflussen werden:
Zusammengenommen verdeutlichen diese Punkte einen klaren Trend: Die Robotik für die Planetenexploration entwickelt sich zu einer modularen, interoperablen und hochintegrierten Systemlandschaft. Für Forschungseinrichtungen, Industriepartner, Integratoren und Komponentenhersteller ergeben sich daraus sowohl neue Schwerpunkte als auch neue Chancen für spezialisierte Lösungen.
MSA unterstützt seit vielen Jahren den Bereich weltraumtauglicher Komponenten und beobachtet dabei, wie sich die Anforderungen im Zuge der technologischen Weiterentwicklung wandeln. Die im Interview vorgestellten Systeme verdeutlichen, dass künftige Missionen verstärkt auf integrierte, modulare und energieintensive Architekturen setzen werden. Daraus ergeben sich für uns klare technische Schwerpunkte: eine zuverlässige Stromverteilung, robuste Steckverbinder für variable Lastprofile, Materialien mit hoher Beständigkeit gegenüber Temperaturwechseln sowie stabile Datenpfade für autonome Funktionsketten.
Die Grenzen zwischen Forschung und Industrie verschwimmen zunehmend. Systementwickler benötigen Komponenten, die sich nahtlos in modulare Schnittstellen (z. B. EMI) integrieren lassen, extremen Temperaturschwankungen standhalten und den mechanischen Belastungen hybrider Fortbewegungskonzepte gewachsen sind. Für MSA bedeutet dies, Trends frühzeitig zu erkennen und die aus Missionen, Labortests und Feldkampagnen gewonnenen Erkenntnisse in unsere Beratungstätigkeit einfließen zu lassen.
Die im Gespräch mit dem DFKI erörterten Entwicklungen unterstreichen die wachsende Bedeutung hochzuverlässiger Komponenten (Hi-Rel-Komponenten) für modulare Robotersysteme. Sie eröffnen neue Integrationsmöglichkeiten und verdeutlichen, wie wichtig ein präzises Verständnis der Anforderungen an Energieversorgung, Datenübertragung und Materialbeschaffenheit für die Architekturen künftiger Missionen ist.
Hinweis für Besucher: Unser Team ist gemeinsam mit unseren Partnern 3D PLUS, Omnetics und Exxelia am Stand F11 vor Ort.
