Das größte autonome Forschungs-U-Boot der Welt entsteht mit Bremer Hilfe

Rendering des Unterwasserfahrzeugs MUM - hier mit geöffneter Ladebucht, Bild: thyssenkrupp Marine Systems

MUM ist ein einzigartiges Projekt: Mit dem autonomen, zivilen Unterwasserfahrzeug beschreitet die maritime Branche in Norddeutschland Neuland. Passend für ein Fahrzeug, das dabei helfen soll, die in großen Teilen unbekannte Welt der Ozeane zu erkunden und zu erschließen.

Allein die Zahlen beeindrucken: MUM – oder Large Modifiable Underwater Mothership – soll bis zu 50 Meter lang werden und mit seinem Batterieantrieb zwischen 500 und 1.500 nautische Seemeilen (1.000 bis 2.700 Kilometer) eigenständig, das heißt unbemannt, zurücklegen können. Das Unterseeboot ist dabei modular aufgebaut. Wie aus einem Baukasten lässt sich das Fahrzeug mit unterschiedlichen Systemen bestücken: Batterien, Sensoren, Transportbehälter oder kleinere Unterseeroboter – daher auch der Name „Mothership“.

Gebaut wird es für die Forschung und Industrie. So könnte es eigenständig Wartungs- und Instandhaltungsaufgaben an Ölbohrplattformen, Unterseekabeln oder Windkraftanlagen übernehmen. Oder es begibt sich auf die Suche nach unterseeischen Rohstoffen oder wird von Forschungsinstituten eingesetzt, um die Ozeane in Langzeitmissionen zu erkunden.

Großprojekt mit zweistelligem Millionenbudget

„Etwas vergleichbares im zivilen Bereich gibt es nicht“, sagt Dr. Jeronimo Dzaack, Head of Technology, Innovation and Sustainability bei ATLAS ELEKTRONIK. Das Bremer Unternehmen gehört zu einem nationalen Forschungsverbund, der das Projekt realisiert. Dazu zählen die Technische Universität Berlin, die Universität Rostock, die EvoLogics GmbH aus Berlin und thyssenkrupp Marine Systems GmbH aus Kiel als Projektkoordinator. Getragen wird das Projekt durch den Projektträger Jülich und durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.

Viele Baustellen zugleich

In nahezu jedem Aspekt geht MUM neue Wege. Mit zu den größten Herausforderungen gehört die Autonomie – also die Fähigkeit, sich eigenständig unter Wasser zurechtzufinden und Aufgaben abzuarbeiten. „Die künstliche Intelligenz des Unterseefahrzeugs muss Objekte im Seeverkehr sicher erkennen können und sich an internationale Regeln halten“, erklärt Dzaack. Das ist auch deshalb eine Herausforderung, weil es noch kaum Regularien für autonome Unterseeboote gibt – hier hinkt die Rechtsprechung der technischen Entwicklung hinterher.

Damit sich die künstliche Intelligenz (KI) zurechtfinden kann, muss sie zudem genaue Informationen über ihre Lage erhalten. „Autonome Autos nutzen zum Beispiel das GPS-System, um sich zu orientieren. Unter Wasser ist das Satellitensignal aber nicht empfangbar“, so Dzaack über eine weitere Hürde im Projekt. Neben Informationen über die Umgebung muss MUM auch viel über sich selbst wissen. Dazu gehört etwa eine Überwachung der eigenen Systeme, Fehleranalyse und -behebung. „Das Unterwasserfahrzeug kann sich tausende Kilometer von Küsten entfernt und hunderte Meter unter Wasser befinden, da kann bei Problemen ein Reparaturtrupp nicht so schnell vorbeikommen“, so der Informatiker.

Leuchtturm für die maritime Wirtschaft

Viele Herausforderungen für das Team der ATLAS ELEKTRONIK und den ganzen Projektverbund. Die Bremer steuern das Fahrzeugführungssystem, Methoden für die Gewährleistung der Eigen- und Fremdsicherheit und die sensorische Wahrnehmung der Umwelt im Projekt bei – bei ihnen führen quasi alle Softwarestränge zusammen.

Eine Herausforderung, die Dzaack reizt: „MUM ist ein Leuchtturm für die maritime Wirtschaft in Deutschland. Ein solches Projekt wäre vor zehn Jahren technisch nur schwer möglich gewesen. Wir können hier die Grenzen des Realisierbaren erweitern. Dabei entwickeln wir uns natürlich auch selbst als Unternehmen weiter.“

Künstliche Intelligenz erobert die Weltmeere

Die künstliche Intelligenz an Bord wird dabei sowohl mit öffentlich verfügbaren Daten, projekteigenen Erhebungen und Simulationsdaten gefüttert. Die erfolgreiche Integration der KI wird zu einer Schlüsselaufgabe im Projekt.

„Besonders interessant wird es sein, die Interaktion zwischen KI und Mensch zu organisieren. Denn die Entscheidungen von künstlichen Intelligenzen sind manchmal nur schwer nachvollziehen – wie kann man dennoch Vertrauen zwischen Mensch und Maschine schaffen? Das ist eine Kernherausforderung in vielen Bereichen, nicht nur bei Unterwasserfahrzeugen“, erläutert Dzaack.

Deshalb kommt der Verifikation der KI im MUM-Projekt auch eine besondere Bedeutung zu. Was damit gemeint ist: Im Ozean wird die KI des U-Boots ständig mit neuen, unbekannten Situationen konfrontiert. Wie können die Softwareentwicklerinnen und -entwickler bereits im Vorfeld dafür sorgen, dass die KI in allen Situationen möglichst richtig reagiert – und das auch noch nachweisen? „Wir können das U-Boot ja schlecht ins Meer schicken und schauen, was passiert. Wenn es eine Fehlfunktion hat, könnte es den Schiffsverkehr stören oder verloren gehen“, so Dzaack. Auch aus diesem Grund entsteht MUM deshalb in mehreren Phasen. Die dreijährige erste Phase wurde in diesem Jahr beendet mit der Erprobung eines Demonstrators in Größe eines Automobils. In der nächsten Phase, die von 2021 bis 2024 dauern soll, wird dann ein Modell in Originalgröße gebaut und getestet.

Bremen hervorragender Standort für KI

Mit dem KI-Projekt findet sich ATLAS in Bremen in bester Gesellschaft. Denn die Hansestadt entwickelt sich zunehmend zu einem Hotspot für die künstliche Intelligenz. „Ich bin begeistert von den Instituten, die in Bremen forschen und entwickeln, es gibt hier viele Hidden Champions, das wissen viele gar nicht“, so Jeronimo Dzaack. ATLAS ist seit Kurzem Mitglied bei Bremen.AI, dem Netzwerk der KI-Branche in Bremen.

„Wir suchen hochausgebildete Fachkräfte, da brauchen wir ein starkes Umfeld aus Wissenschaft und Wirtschaft, das junge Leute anzieht. Ich bin überzeugt, dass Bremer Unternehmen in den kommenden Jahren noch enger zusammenwachsen können und so gemeinsam mehr für die Branche erreichen werden“, erklärt der Technologieexperte. Auch ATLAS selbst suche dabei den Kontakt zu lokalen Akteuren.

Auch Dzaack ist froh, in Bremen zu sein. „Mich reizt es, hier etwas ausprobieren zu können, was noch niemand zuvor versucht hat. Zu sehen, wie Systeme intelligent werden, wie Mensch und Maschine immer besser zusammenarbeiten, das ist faszinierend an meiner Arbeit.“

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