DLR testet robotische Plattform zur Fernerkundung von Gefahrstoffen

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat Fernerkundungsplattformen auf autonomen Rovern und Drohnen entwickelt und erprobt, um gefährliche chemische und biologische Substanzen aus der Distanz zu bewerten. Die Systeme kombinieren kompakte Multisensor-Arrays, Laserspektroskopie und Algorithmen der künstlichen Intelligenz, um Einsatzkräften eine schnelle Lagebeurteilung zu ermöglichen.

Autonome Detektion und Kartierung mittels Multisensorik
Um das physische Risiko bei Rettungs- und Gefahrenabwehreinsätzen zu minimieren, konzentrieren sich die Entwicklungsarbeiten auf die Automatisierung der Gefahrenaufklärung durch Multisensor-Integration. Das System kombiniert Multispektralkameras, Lasermessverfahren und KI-gestützte Datenverarbeitung, um flüssige und pulverförmige feste Bedrohungen autonom zu identifizieren. Montiert auf unbemannten Bodenplattformen – wie kleinen Rovern oder größeren Fahrzeugen wie der auf dem DLR-Gelände in Oberpfaffenhofen getesteten SHERP-Roboterplattform – navigiert das System ohne manuelles Eingreifen durch Zielgebiete, um Anomalien zu erkennen.

Bei ersten Testläufen identifizierte das System verdächtige Behälter, Fässer sowie lokal begrenzte Pulver- oder Flüssigkeitsspuren auf Straßenoberflächen und in offenem Gelände. Nach der visuellen Identifizierung werten integrierte Laserspektroskopie-Instrumente die Zielorte aus Entfernungen von mehreren Metern ohne direkten physischen Kontakt aus. Durch die Messung der Wechselwirkung zwischen dem einfallenden Laserlicht und der Zielsubstanz führt das optische System eine direkte Detektion, Klassifizierung und Identifizierung chemischer und biologischer Gefahrenstoffe vor Ort durch.





Umweltsimulation und luftgestützte Probenahmesysteme
Das Technologiepaket wurde vom DLR-Institut für Technische Physik in Zusammenarbeit mit dem DLR-Institut für Softwaretechnologie und dem DLR-Institut für Robotik und Mechatronik entwickelt. Die Systemvalidierung umfasste Laborbewertungen, die gemeinsam mit dem Bundesamt für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe (BBK) und dem Wehrwissenschaftlichen Institut für Schutztechnologien – ABC-Schutz (WIS) durchgeführt wurden. Einsatzsimulationen erfolgten am DLR-Standort Lampoldshausen unter Nutzung spezialisierter verfahrenstechnischer Infrastruktur, die zur Nachbildung realer chemischer Prozessanlagen errichtet wurde.

Laut Thomas Dekorsy, Direktor des DLR-Instituts für Technische Physik, variieren die Nachweis- und Identifizierungsmethoden je nach den spezifischen Eigenschaften des jeweiligen Gefahrstoffs. Dies erfordert eine automatisierte Multisensor-Integration, damit die Systeme Zielzonen eigenständig navigieren, Objekte lokalisieren und Substanzkategorien unabhängig bestimmen können.

Um Bedrohungen in der Luft zu begegnen, die bei Bränden, Industrieunfällen, technischen Störungen oder vorsätzlichen Handlungen freigesetzt werden, hat das DLR im Auftrag des BBK eine luftgestützte Probenahmeplattform entwickelt. Das auf Drohnen oder mobilen Plattformen montierte System nimmt aus der Ferne Umgebungsgas- und Aerosolproben für eine anschließende Laboranalyse auf. Es ersetzt damit manuelle Probenahmeverfahren, bei denen Einsatzkräfte bisher in Schutzkleidung in Gefahrenbereiche vordringen mussten.




Zusätzlicher Kontext
Dieser Abschnitt erläutert technische Spezifikationen, die nicht in der ursprünglichen Pressemitteilung enthalten waren.

Die optische Fernerkundung von Gefahrstoffen basiert in der Regel auf aktiven Laserspektroskopieverfahren, darunter die laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIBS), die Raman-Spektroskopie und die laserinduzierte Fluoreszenz (LIF). Bei LIBS-Aufbauten erzeugen hochenergetische Nanosekunden-Laserimpulse, die durch ein Cassegrain-Teleskop auf eine Zielprobe fokussiert werden, in Entfernungen von bis zu mehreren zehn Metern ein Mikroplasma. Beim Abkühlen der angeregten Ionen emittieren diese elementspezifische Atomspektren, die eine quantitative Elementanalyse ohne Probenvorbereitung ermöglichen.

Für die molekulare Identifizierung organischer Verbindungen misst die Raman-Spektroskopie aus der Distanz inelastische Photonenstreuungsverschiebungen, die durch molekulare Schwingungsmoden verursacht werden. Die Empfangsoptik – bestehend aus lichtstarken Teleskopen und hochdurchsatzfähigen Beugungsspektrometern – fokussiert das gestreute Rücksignal auf gekühlte CCD-Detektoren (Charge-Coupled Device). Zeitgesteuerte Detektoren synchronisieren sich mit der gepulsten Laserbeleuchtung, um Umgebungstageslicht und Hintergrundfluoreszenz zu unterdrücken, was im Feldzugang hohe Signal-Rausch-Verhältnisse liefert.

Bearbeitet von Romila DSilva, Redakteurin bei Induportals, mit KI-Unterstützung.