Autonome Arbeitsmaschinen im öffentlichen Raum

Die Automatisierung in den Bereichen Infrastruktur, Kommunen und Logistik gewinnt zunehmend an Bedeutung, um qualifizierte Arbeitskräfte zu entlasten und Arbeitsplätze attraktiver zu gestalten. „Unsere Vision ist, autonome Maschinen zu entwickeln, die dem Menschen schwere, monotone und gefährliche Arbeiten abnehmen. Fachkräfte sollen sich dann auf Überwachungstätigkeiten konzentrieren“, erklärt Manfred Gruber die Motivation des AIT Austrian Institute of Technology (AIT) hinter der Entwicklung autonomer Nutzfahrzeuge und Arbeitsmaschinen. Gruber ist Experte auf diesem Gebiet und leitet die entsprechende Forschungsgruppe am AIT.

Aus Sicht des Instituts besteht eine zentrale Voraussetzung für autonom operierende Systeme darin, für eine zuverlässige Umgebungserkennung und Navigation zu sorgen. Dies müsse auch unter schwierigen Bedingungen mit schlechter Sicht gewährleistet sein, damit die Maschinen Hindernissen ausweichen und bei drohender Kollision oder Verlust der Orientierung angemessen reagieren können. Dafür sei entscheidend, dass Software, intelligente Algorithmen und die physische Hardware – wie die Mechanik und Hydraulik – perfekt aufeinander abgestimmt sind. Zusätzlich bedürfe es einer Kommunikationstechnik, die im Notfall eine sofortige, das heißt eine Echtzeit-Intervention durch eine überwachende Person ermöglicht.

Demonstrator

Dem vom AIT koordinierten Entwicklungsteam gehören Expert:innen von Reformwerke Bauer, Robot Makers, FH Oberösterreich und Linz AG Telekom an. Der Fokus des Projekts SMARTER (Slope Maintenance Automation using Real-Time Telecommunication and advanced Environment Recognition) lag auf der Entwicklung einer Arbeitsmaschine, die autonom Mäharbeiten an Böschungen entlang von Verkehrsstraßen durchführt. Der Mähroboter besteht aus einer automatisierten Plattform namens „Metron“, an die eine Mähmaschine angeschlossen wurde. Je nach Aufgabenstellung können es andere Arbeitsmaschinen sein.

Mit einem Gewicht von 1,5 Tonnen soll der Mähroboter stabil Böschungen befahren können. Laut AIT wurde er mit robuster Umfelderkennung sowie mit geeigneten Sicherheits- und Bedienkonzepten ausgestattet. Die Hardware wurde für die Autonomie angepasst, sodass die Maschine die gestellte Aufgabe verlässlich erfüllt.

„Das Fahrzeug navigiert sicher mit einer Geschwindigkeit von bis zu 10km/h selbst durch 1,5 Meter hohes Gras. Trotz der schlechten Sicht, bedingt durch das hohe Gras, kann das Fahrzeug dank moderner kamerabasierter Sensorik selbständig arbeiten. Wir haben hier am AIT langjähriges Know-how in der Entwicklung robuster Umfelderkennung für automatisierte bzw. autonome Arbeitsmaschinen und Nutzfahrzeuge. Inzwischen haben wir auch verschiedene, sehr umfangreiche Datenbanken mit annotierten Bilddaten von Straßenszenen oder im freien Feld erstellt. Mittels maschinellem Lernen können wir so die Intelligenz der autonomen Systeme erhöhen,“ beschreibt Oliver Zendel, Projektleiter und Senior Scientist, die Leistung des AIT im Projekt.

5G-Integration

Ein weiterer Schwerpunkt des SMARTER-Projekts lag auf dem Einsatz modernster 5G-Telekommunikationstechnologien. Die Erprobung und Evaluation von Infrastruktur-komponenten sowie mobilem Equipment für automatisierte Arbeitsmaschinen sollen gewährleisten, dass diese Technologien effektiv genutzt werden können. Parallel dazu wurden Übertragungskonzepte für Sensor- und Telemetriedaten sowie für die Teleoperation in Notsituationen erforscht.

Um die Autonomie weiterzuentwickeln und wichtige Daten für künftige Weiterentwicklungen zu sammeln, wurden mehrere Tests auf dem Gelände der ASFINAG und bei DigiTrans, der Testregion für autonome Fahrzeuge, durchgeführt.

Künftig könnte die Technologie auf ähnliche Systeme übertragen werden. Automatisierte Aufgaben wie Mäharbeiten, Schneeräumen oder andere kommunale Anwendungen, aber auch in der Logistik zum Beispiel an Flughäfen zum Führen der Gepäckwagen könnten umgesetzt werden.

Über das AIT

Das AIT Austrian Institute of Technology ist Österreichs größte außeruniversitäre Forschungseinrichtung. Auf europäischer Ebene spielt es eine Schlüsselrolle als jene Forschungs- und Technologieeinrichtung, die sich mit den zentralen Infrastrukturthemen der Zukunft befasst.

Das Center for Vision, Automation & Control ist eine der insgesamt 7 Forschungseinheiten des AIT. Es hat sich der industriellen Automatisierung und Digitalisierung verschrieben und nutzt Möglichkeiten daraus, um Innovationen für die Industrie zu initiieren und voranzutreiben. Das Center forscht in den Bereichen Bildverarbeitung, Automatisierung und Steuerung sowie in der Anwendung von Methoden der künstlichen Intelligenz. Aus den Forschungsarbeiten am Center resultieren Innovationen zur Steigerung der Flexibilität, Adaptivität und Resilienz von Unternehmen bei gleichzeitiger Verbesserung der Energie- und Ressourceneffizienz und Minimierung von Produktionskosten. Der Schutz der Umwelt und des Menschen und das Schonen ihrer Ressourcen stehen dabei im Fokus der Forschungen.