Erdig-braune, wenige Zentimeter große Klumpen bedecken kilometerweit den Boden der Tiefsee. Es sind Manganknollen, die wertvolle Rohstoffe wie Metalle und Seltene Erden für die Energiewende enthalten. Mit riesigen Maschinen, sogenannten Crawlern, sollen sie vom Meeresboden abgeerntet werden. Das hat unabsehbare Folgen für die Ökosysteme in den Tiefen der Ozeane. Ein Regelwerk der Internationalen Meeresbodenbehörde befindet sich seit Jahren in der Ausarbeitung. Währenddessen wird an der TU Berlin ein Monitoringsystem entwickelt, um den Abbau zu überwachen und die ökologischen Auswirkungen zu minimieren.

„Wir bauen mobile, mit Sensoren ausgestattete Bodenstationen, die die Kommunikation und Navigation unter Wasser ermöglichen und für das Monitoring von Umweltparametern eingesetzt werden können. Mehrere dieser sogenannten Tiefsee-Kalmare bilden zusammen ein intelligentes Bodennetzwerk, das sich über ein Areal von zehn Quadratkilometern erstreckt“, erzählt Matthias Golz vom Fachgebiet Entwurf und Betrieb Maritimer Systeme, der das Projekt „DeepSea Protection“ leitet.

In der Tiefsee sollen die Kalmare zusammen mit den mobilen Unterwasserfahrzeugen des Projektpartners EvoLogics, die mit Umweltsensoren ausgerüstet sind, vorab Organismen und ökologische Hotspots kartieren. Die Crawler können diese dann umfahren und sie vom Abbauprozess verschonen. Gleichzeitig kann das intelligente System den Abbau beobachten und Schäden dokumentieren, beispielsweise die Ausbreitung von Sedimentwolken, die durch die Abbauarbeiten entstehen und die dort lebenden Organismen stören können. Ziehen die Crawler weiter, folgen ihnen die versetzbare Bodenstation und der Schwarm mobiler Unterwasserfahrzeuge. Damit leistet das Team Pionierarbeit für die bisher wenig erforschte Tiefsee.

Herausfordernde Tiefseerobotik

„Tiefseerobotik zu entwickeln ist genauso herausfordernd wie Robotik für die Monderkundung“, sagt Golz. In der Hülle des Kalmars stecken so unterschiedliche Ingenieurdisziplinen wie Maschinenbau, Elektrotechnik oder Hydromechanik. „Der Körper der Kalmare und die darin auf kleinstem Raum befindliche Elektronik müssen einem enormen Wasserdruck standhalten und in luftdicht abschließenden Gehäusen eingebaut werden. Alles muss wasserdicht sein und bis zu 6000 Meter sowohl ab- als auch aufsteigen können“, erklärt Maximilian Schropp, der die Elektronikbaugruppe des Kalmars entwickelt hat. Dazu gehören Akkus mit unterschiedlichen Spannungsebenen, die Leistungs- und Steuerelektronik, Sensoren, Platinen und eine Menge Kabel.

Eine weitere Herausforderung: In der Tiefsee sind die Fahrzeuge auf akustische Kommunikation beschränkt, da GPS wegen der elektromagnetischen Dämpfung nicht funktioniert. Das vom Team entwickelte Modem an der Spitze des Kalmars kommuniziert daher, abgeschaut von Delfinen, mit Schallwellen. Es funktioniert räumlich nur begrenzt. So muss der Kalmar weitestgehend autonom in den Tiefen unterwegs sein und vorab intelligent programmiert werden. Im Rostocker Hafen wurde der erste Demonstrator bereits erfolgreich ins Wasser gelassen, eine verbesserte Version soll im Atlantik getestet werden.

„Unsere Vision ist es, dem Wilden Westen in der Tiefsee mit einem zuverlässigen Monitoring Einhalt zu gebieten“, so Golz.

Weitere Informationen:
Matthias Golz, TU Berlin – Fakultät V Verkehrs- und Maschinensysteme