Wir erarbeiten für unsere Auftraggeber Lösungen für unbemannte Oberflächen- und Luftfahrzeuge. Oberflächenfahrzeuge operieren hochautomatisiert/autonom auf dem Land oder auf bzw. oberflächennah im Wasser.

Die Fahrzeuge werden in unterschiedlichen Anwendungsbezügen in der Wirtschaft/Industrie oder im Bereich Defense eingesetzt und können Missionen ohne permanente menschliche Eingriffe ausführen. Dabei steigern sie die Effizienz des jeweiligen Vorgangs, minimieren Risiken und sparen Arbeits- bzw. Durchführungszeit ein.

Nicht in jedem Fall ist eine Hochautomatisierung oder die autonome Operation der erste Schritt -häufig leisten bereits intelligente (KI-gestützte) Assistenzsysteme entscheidende Beiträge zum effizienteren Fahrzeugeinsatz.

Auch hochautomatisierte bzw. autonome Fahrzeugsysteme benötigen verkehrliche Infrastrukturen, in denen sie sich orientieren können und die einen sicheren Betrieb insbesondere mit Blick auf hybride Verkehrssysteme (Gleichzeitigkeit von autonomen und personengeführten Fahrzeugen) gewährleisten. Zusätzlich benötigen sie missionsspezifische Infrastrukturen, um durchgängig automatisierte Prozessabläufe z.B. in der Logistik realisieren zu können.

AVATUM hat diese Zusammenhänge im Blick und entwickelt Lösungen sowohl für einzelne Fahrzeugkomponenten (z.B. Navigation oder Kollisionsvermeidung) bis hin zu Komplettlösungen z.B. für die vollautomatisierte Belieferung in der Citylogistik.

Auch autonom operierende Fahrzeuge müssen einer Kontrolle unterliegen -dazu setzen wir Leitstände ein, die sich inhaltlich und funktional allerdings von "klassischen" Leiständen bzw. Leitwarten unterscheiden (siehe dazu auch unser whitepaper). In diesem Kontext fokussieren unsere Aktivitäten besonders auf das Thema Missionsplanung sowie auf die akute Intervention in Havariesituationen. Dazu gehört auch die Teleoperation von Fahrzeugen, um sie manuell aus einer nicht aufgelösten Betriebssituation wieder in den Normalbetrieb oder zumindest in einen sicheren Zustand zu führen.

In einigen Anwendungsszenarien kann die KI-gestützte Teleoperation eine sinnvolle Vorstufe zu autonomen Operationen sein, beispielsweise in kritischen Betriebsumgebungen.

Unbemannte Oberflächenfahrzeuge | Landfahrzeuge

Das hier abgedeckte Spektrum ist groß: es reicht von Straßenfahrzeugen und mobilen Arbeitsmaschinen für die Land- und Forstwirtschaft über Baustellenfahrzeuge bis hin zu Fahrzeugen, die im Bereich Defense eingesetzt werden..

Im Kontext zu Straßenfahrzeugen stehen die Anwendungsszenarien, die systemische Prozessintegration sowie das inhärente Datenmanagement im Fokus. Wir bearbeiten beispielsweise Fragestellungen, wie zukünftig autonom agierende Fahrzeugflotten in der Logistik eingesetzt und vollständig in zukünftige Transport-, Lager- und Umschlagprozesse (TUL) integriert werden können. Als Einzelthemen sind beispielsweise folgende Aspekte zu nennen:

• Verkehrliche und missionsspezifische Infrastrukturen,
• Flottenmanagement,
• Transport von Kleinstmengen,
• Hochautomatisierte Be- und Entladeprozesse für autonome Transportfahrzeuge,
• vollständige Digitalisierung der Prozessketten.

Auch abseits befestigter Verkehrswege gewinnen hochautomatisierte bzw. autonome Systeme rasant an Bedeutung.

In der Agrarwirtschaft ist bereits ein hoher automatisierungstechnischer Stand für mobile Arbeitsmaschinen erreicht. Weltweit führend können einige Fahrzeughersteller in diesem Sektor bereits auf eine langjährige Erfahrung verweisen -wenn auch mit der Erkenntnis, dass der erste autonom operierende Mähdrescher "erst in der Zukunft" zu erwarten ist. In der Forstwirtschaft deutet sich ebenfalls das Potenzial autonomer mobiler Arbeitsmaschinen an, wobei durch die Komplexität der Operationsumgebung hier noch größerer Forschungs- und Entwicklungsbedarf besteht als bei agrarwirtschaftlich genutzten Landmaschinen.

Zu der Klasse der mobilen Arbeitsmaschinen zählen auch Baumaschinen in den unterschiedlichen Ausführungsformen (Erdbau-, Transportgeräte oder Geräte im Verkehrswegebau etc.). In diesem Sektor sind bereits verschiedene Automatisierungskomponenten im Einsatz, auf dem Weg zu vollautomatisierten oder autonomen Baumaschinen sind jedoch noch erhebliche Entwicklungsleistungen zu erbringen. Ein wesentlicher Aspekt dabei ist die enge Kooperation zwischen Menschen und Maschinen auf Baustellen, die hohe Sicherheitsanforderungen vergleichbar zu Produktionsumgebungen mit sich bringt.

Unbemannte Oberflächenfahrzeuge | Wasserfahrzeuge

Die automatisierte und autonome Schifffahrt ist derzeit ein Hype-Thema, das sich bereits anwendungsrelevant mit der Containerschifffahrt auf hoher See auseinandersetzt. Die ersten im Regelbetrieb nutzbaren Schiffe befinden sich bereits kurz vor der Indienstnahme.

Die Binnenschifffahrt ist bezüglich eines hohen Automatisierungsgrades oder autonomer Operation aktuell weniger stark im Fokus. Dies erklärt sich nicht nur durch die Regelungsdichte im Vergleich zur Seeschifffahrt, sondern noch viel mehr durch die sehr komplexen Umgebungssituationen, in denen Binnenschiffe operieren. Neben Restriktionen, die inhärent für Binnenwasserstraßen sind (z.B. Querschnitte der Fahrrinnen, Durchfahrtshöhen, Operationsradien etc.) nehmen auch die wachsende Verkehrsdichte und Auslastung der Wasserstraßen sowie die Heterogenität der Verkehrsteilnehmer (vom Ruderboot bis zum Containerfrachter) starken Einfluss auf die Operation eines Binnenschiffs. Hinzu kommt, dass ein Ausbau der Infrastrukturen mit stationären Komponenten zur Ertüchtigung automatisierter bzw. autonomer Operationen absehbar nicht zu erwarten ist. Im Rahmen verschiedener Projekte haben unsere Mitarbeiter Lösungen entwickelt, die auf zusätzliche Infrastrukturkomponenten zur Navigation oder Steuerung verzichten und dennoch einen sicheren Betrieb ermöglichen können.

Auch hier kommt der "autonomieadäquaten" Infrastruktur eine bedeutende Rolle zu; grade Schleusen stellen derzeit ein großes technisches Hindernis für einen autonomen Binnenschifffahrtsbetrieb dar. Aber auch missionsspezifische Aspekte, wie die vollautomatische Be- und Entladung sind derzeit noch nichtmal im Ansatz gelöst -auch wenn wir einige Vorschläge dazu "im Köcher" haben ...

In unseren Arbeiten sind auch oberflächennah operierende Unterwasserfahrzeuge relevant, die beispielsweise für Bewachungs-, Kontroll-, Inspektions- oder Messaufgaben eingesetzt werden.

Unbemannte Luftfahrzeuge

Bereits heute werden unbemannte Luftfahrzeuge (UAV: Unmanned Aerial Vehicles bzw. UAS: Unmanned Aerial Systems) -landläufig "Drohnen"- in verschiedenen Wirtschaftsbereichen zur Überwachung, zur Inspektion, zum Monitoring oder zur Vermessung eingesetzt; Pilotprojekte verschiedener Logistikdienstleister haben auch im Bereich Transport z.B. im Hinblick auf die sog. "letzte Meile" attraktive Potenziale aufgezeigt, die allerdings bislang noch nicht belastbar ausgeschöpft werden.

Insgesamt sind diese Systeme jedoch hinsichtlich ihrer technologischen Entwicklung noch weit hinter den Anforderungen, die sich aus autonom zu absolvierenden Missionen ableiten -dies gilt insbesondere für einen sicheren Betrieb z.B. bei Flügen über bewohnten Gebieten oder kritischen Infrastrukturen.

Integration unbemannter Flugsysteme in den Luftraum und die damit zwingend verbundenen Sicherheitsanforderungen und Dienstangebote bieten eine Fülle von Ansatzpunkten für Entwicklungen und begleitende Innovationen (z.B. U-space, Registrierung, Enforcement, Defense). Hinzu kommen Entwicklungsanforderungen, die sich aus spezifischen Missionen ergeben und die sowohl auf die Flugsysteme als auch auf deren missionsspezifische Ausstattung abzielen. Analog zu Oberflächenfahrzeugen stehen auch in diesem Sektor Aufgaben im Bereich Flotten- bzw. Schwarmmanagement an.

Beträchtliche Bedeutung gewinnen bewaffnete und unbewaffnete Drohnen aktuell auch und grade im Verteidigungsbereich.