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    Quelle: PC Games Hardware

    Allein auf hoher See: Computerschiffe trotzen Wind, Wetter und Haifischen

    Selbstfahrende Autos sind ein alter Hut? Wie wären dann computergesteuerte Schiffe, die mutterseelenallein bis zu acht Monate auf hoher See bleiben - und sich dabei aus Kosten- und Reichweitengründen nur selten in die Cloud-Rechenzentrale einloggen können?

    Was macht jemand, der die Programmiersprache Java erfunden hat, dessen Firma dann von einer noch größeren geschluckt wird und der sich mit 55 eigentlich auf seinen Lorbeeren ausruhen und gelegentlich als Weihnachtsmann-Schauspieler auftreten könnte? Er gründet eine neue Firma namens Liquid Robotics, um Schiffe zu entwickeln, die selbstständig mehrere Monate auf den Weltmeeren kreuzen. Der Name des inzwischen 60-jährigen Entwicklers? James Gosling. Er berichtete auf der GPU Technology Conference in San Jose, welche Tücken es bei den matrosenfreien Schiffen zu beachten gilt.

    Schwimmen wie ein Fisch

          

    Auf den ersten Blick wirken die relativ kompakten Roboterschiffe von Liquid Robotics wie eine Mischung aus Kajak und Surfbrett. Neben dem mit Solarzellen, Computern und Nutzlast bestückten Vehikel auf der Wasseroberfläche gibt es noch eine zweite Komponente, die einige Meter darunter mitschwimmt. Von der Seite betrachtet erinnert sie an einen zweidimensionalen Fisch mit sechs Quer- und einer Längsflosse sowie einem noch längeren "Schwanz". Mit den Flossen bewegt sich das Gefährt wie ein Meeresbewohner voran, was erstaunlich gut funktioniert: Selbst, wenn es auf der Oberfläche stürmt und tost, ist die Strömung unter Wasser relativ milde.

    Die Solarzellen können ihre gewonnene Energie deshalb komplett an die Bordcomputer weiterreichen - und an etwaige Nutzlast für Kunden, dazu weiter unten mehr. Außerdem besitzt das Vehikel eine Antenne, eine Wetterstation und einen ADCP - einen "Adaptive Doppler Current Profiler", also ein Gerät, das mit Hilfe des Dopplereffekts Strömungsgeschwindigkeiten berechnet. "Und mit dem man außerdem Fische zählen kann", sagt James Gosling.

    Funkstille und Haifischattacken

          

    Das wohl größte Problem des Roboterschiffs: Die Kommunikation mit dem Festland beziehungsweise der menschlichen Crew auf demselben. "Doch mitten im Ozean gibt es keine Mobilfunkmasten", sagt James Gosling trocken. Und es wird noch schlimmer: "Zwar existieren viele Satellitensysteme, doch die meisten sind Humbug." Liquid Robotics hat sich für das Iridium-Netzwerk entschieden - es ist überall auf dem Planeten verfügbar, doch die Kosten sind gewaltig: die Übertragung eines einzigen Kilobyte - also 1024 Bits - kostet einen US-Dollar und dauert drei Minuten. "Ein einziges Smartphone-Foto macht euch also mehrere tausend Dollar ärmer", kommentiert Gosling. Schon deswegen muss das Schiff schlau genug sein, auch ohne fremde Hilfe seinen Weg zu finden.

    ...deswegen passiert es immer wieder, das ein Schiff mit Bissspuren zu uns zurückkommt. Auch Wind und Wellen stellen hohe Anforderungen an das Schiffsdesign, das Stürme von Hurrikan-Stärke aushalten muss. "Bislang hat es 17 Stück überlebt", freut sich James Gosling. Hier kommt das zweiteilige Design zum Tragen, denn durch die Unterwasserkomponente wird der schwimmende Teil prächtig stabilisiert. Dessen Mast besteht aus Kohlefaser, nicht jedoch der Rumpf: "Kohlefaser ist ein elektrischer Leiter - mit unseren elektronischen Komponenten und dem Salzwasser keine gute Idee", sagt Gosling. Auch rostfreier Stahl ist nach sechs bis acht Monaten im Ozean weniger rostfrei, als der Hersteller einem weismachen will. "Unsere Kabelverbindungen kosten deshalb mehr als die Festplatten und SSDs, weil sie das aushalten müssen", sagt Gosling. Und dann wären da noch neugierige Haifische: "Ihr Mund ist ihr einziges Sinnesorgan, deswegen passiert es immer wieder, das ein Schiff mit Bissspuren zu uns zurückkommt."

    Tsunami-Frühwarnung und blinde Passagiere

          

    Die Einsatzmöglichkeiten der Roboterschiffe sind extrem vielfältig. Sie sind beispielsweise als mobile Wetterstationen aktiv. "Nehmen wir eine herkömmliche Wetterboje. Die kostet mit vielleicht 100.000 US-Dollar nicht so viel, aber das Schiff, das sie hinaus aufs Meer bugsiert, kostet das allein pro Tag, an dem es unterwegs ist", sagt James Gosling. Außerdem verlangt eine Boje einen guten Betonanker, damit sie sich nicht aus dem Staub machen kann - doch im rauen Seealltag muss dieser immer wieder ausgetauscht werden. Auftritt Liquid Robotics: "Wir können unsere Schiffe in der Bucht von San Francisco zu Wasser lassen - sie schwimmen dann eigenständig zum Äquator."

    James Gosling James Gosling Quelle: PC Games Hardware Auch bei der Messung etwaiger Umweltverschmutzungen etwa nahe einer Bohrinsel kommen die Schiffe zum Einsatz. Andere patrouillieren Küsten entlang, um nach radioaktiven Zwischenfällen zu fahnden. Wieder andere reichen von robotischen U-Booten und Meeresbodensensoren empfangene Daten weiter. Diese Sensoren spielen bei der Tsunami-Frühwarnung eine große Rolle: "Der Meeresboden ist mit Messgeräten wie Gravitometern übersät", sagt James Gosling. "Doch viele Messdaten landen im Nirgendwo, denn die mehreren 1000 Kilometer an Seekabeln sind aus den unterschiedlichsten Gründen unterbrochen." Ein Roboterschiff, das über den Sensoren kreist, macht solche Verbindungen obsolet - und ist obendrein deutlich günstiger als ein 1000 Kilometer langes Kabel mit Signalverstärkern und anderem Zubehör.

    Manchmal gibt es sogar blinde Passagiere: "In der Bucht von Monterey leben viele Seelöwen, die sich gerne auf unseren Schiffen sonnen", sagt Gosling. In Bari lassen sie sich gern ein Stück mitnehmen und legen dabei großes Balanciergeschick an den Tag. "Deswegen brauchen wir stabiles Gorilla-Glas für unsere Solarzellen."

    Wilddiebfang mit Nvidia-Chip

          

    Bislang sorgte eine ARM-CPU für die eigenständige Navigation des Schiffes, deren Software in JavaSE verfasst wurde. Dabei muss jedes Kabel einzeln überwacht werden, damit die menschlichen Kapitäne an Land feststellen können, ob es einen Salzwasserkurzschluss oder gar eine Haifischattacke gab - und eine Lösung für dieses Problem finden können. Kein Wunder, dass das Design der Stromversorgung komplexer als das des eigentlichen Steuersystems ist.

    Bei höheren Rechenanforderungen gehen Nvidias Jetson-TX1-Board mit TK1-Chip an Bord. Oder besser: Individuelle Platinen-Layouts, denn Liquid Robotics nutzt nicht alle Funktionen des Systems. Auf der Unterseite der eigens entwickelten Platine: ein Totenkopf, wie er auf Piratenflaggen prangt. "Wir konnten die Fläche doch nicht leer lassen", grinst James Gosling.

    Warum braucht ein relativ kleines Roboterschiff fast zwei TFLOPs Rechenleistung? "Weil es tausende von Meilen allein unterwegs ist - vom Äquator bis in die Arktis", erklärt Gosling. "Und dabei Hindernissen selbstständig aus dem Weg gehen muss." Ein weiterer Grund: Verfolgt ein Roboterschiff Wilderer, die illegale Fischzüge betreiben, nimmt es mit einem speziellen Messgerät deren akustische Signatur auf. Die bereits erwähnten Kommunikationskosten machen es notwendig, die zu dabei anfallenden Daten vor dem Senden zu komprimieren - auch hier macht ein leistungsfähiges Bordgehirn also Sinn.

    Debugging unter Wasser

          

    Über mangelnde Aufträge kann sich Liquid Robotics nicht beschweren. Im Idealfall verkauft die Firma ihre Schiffe und bildet deren Kontaktpersonen bei ihren Kunden aus. "Doch viele unserer Kunden scheuen diese Kosten", sagt James Gosling. "Stattdessen mieten sie dann unsere Boote, die wir für sie an den gewünschten Einsatzort lenken." Wieder andere kaufen zwar die Hardware, überlassen jedoch Liquid Robotics die Steuerung.

    Aktuell arbeitet Goslings Team daran, die Bildauswertungsroutinen zu verbessern. So soll der digitale Kapitän zuverlässiger herausfinden, ob am Horizont eine Wolke, eine Insel, ein Eisberg oder ein anderes Schiff zu sehen ist. James Gosling gefällt sein aktueller Job besser als der Vorruhestand. Vielleicht auch deshalb, weil "das der einzige Debugging-Job ist, bei dem das Schnorcheln ein Teil meines Berufsbildes ist."

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Allein auf hoher See: Computerschiffe trotzen Wind, Wetter und Haifischen
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http://www.pcgameshardware.de/Neue-Technologien-Thema-71240/Specials/GPU-Computing-auf-hoher-See-1192236/
14.04.2016
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