Wir leben in einer Zeit von enormem technischem Fortschritt in der Robotik. Gleichzeitig findet ein immenses Artensterben statt – Schätzungen zufolge stirbt alle zehn Minuten eine Art aus. Auch in den alpinen Seen des Kantons Graubünden gibt es Wasserpflanzenarten, die gefährdet sind und für deren Erhalt der Kanton die Verantwortung trägt. Alle Probleme kann die Technik zwar nicht lösen. Doch wie können die Errungenschaften der Robotik genutzt werden, um die Förderung unserer wunderbaren Natur besser durchsetzen zu können?
Um eine gefährdete Art angemessen erhalten zu können, muss unter anderem ihr Vorkommen erfasst und systematisch überwacht werden. Dazu ist es heute auch üblich, dass Biologinnen und Biologen mit Wathose oder Neoprenanzug ins kalte Wasser steigen oder mit dem Stand-Up-Paddle-Brett das Gewässer inspizieren. Bisher sind eine grossflächige systematische Erfassung und Überwachung von Wasserpflanzen in Seen kaum realisierbar.
Um die Arbeit der Fachleute zu erleichtern und Grundlagen für eine bessere Förderung der Biodiversität zu schaffen, haben das Institut für Photonics und Robotics der FH Graubünden und das kantonale Amt für Umwelt und Natur im Frühling 2024 ein Forschungsprojekt lanciert. Ziel des Projektes ist es, ein Roboterboot zu entwickeln, das eine systematische Erfassung und Überwachung von tretempfindlichen Wasserpflanzen ermöglicht. Damit soll unsere Natur besser erforscht und für zukünftige Generationen erhalten werden können.
In der Zwischenzeit wurde an der Fachhochschule ein Prototyp eines Roboterbootes (unmanned surface vehicle; USV) gebaut. Eine erste Version des USV wurde von einer Studierendengruppe im Rahmen ihres Unterrichts entworfen. In einem zweiten Schritt wurde das Boot von FHGR-Forschenden mit zwei Farbkameras, die den Seegrund aufnehmen, und einem hochpräzisen GPS-Modul zur Positionserfassung ausgestattet. Das USV wird durch einen Luftpropeller angetrieben und manövriert. Damit wird verhindert, dass am Gewässergrund Schlamm aufgewirbelt und die Sicht auf den Boden getrübt wird. Mit einer Fernbedienung kann das Boot manuell an die gewünschte Stelle gesteuert werden, es können aber auch vordefinierte Routen auf dem See automatisch abgefahren werden.
Während die erste Kamera eine Live-Ansicht der Situation unter dem Boot in reduzierter Qualität liefert, nimmt die zweite Kamera hochauflösende Bilder des Gewässergrundes auf und speichert diese ab. In der Nachbearbeitung am Computer werden diese Bilder mit den zentimetergenauen Positionsdaten des GPS kombiniert. Schliesslich werden die Bilder mit ihren GPS-Koordinaten zu einem zusammenhängenden sogenannten Orthofoto vereint. An der Erdoberfläche sind solche Fotos dank z. B. Swisstopo längst normal – das gleiche Prinzip in der Unterwasserwelt ist jedoch kaum verbreitet.
Dank des durch den Förderverein der FH Graubünden finanzierten Forschungsprojektes steht nun ein Prototyp eines Roboterbootes und ein Nachbearbeitungsprozess zur Verfügung, um hochauflösende Orthofotos vom ufernahen Seegrund zu erstellen. Biologinnen und Biologen können auf Basis dieser Fotos das Vorkommen der Wasserpflanzen effizient erfassen und durch wiederholte Aufnahmen weiter überwachen. Auch zusätzliche Anwendungen, wie zum Beispiel das Auffinden von Abfall und damit die Bekämpfung von Littering in Gewässern könnte in Zukunft von diesem Projekt profitieren.
Manuel Schlegel ist Dozent für Mobile Robotics an der FH Graubünden. Mehr zum Projekt auf: fhgr.ch/wasserfahrzeug. Alle vier Wochen diskutiert die einzige Fachhochschule im Kanton an dieser Stelle aktuelle Themen aus Lehre und Forschung.