Hightech gemeinsam unter Wasser bringen

Wer die Meere erforschen will, braucht Hightech-Geräte. Dafür sind autonome Unterwasserfahrzeuge auf Reisen, die selbständig durch die Meere gleiten, ausgestattet mit einer Vielzahl von Sensoren. Es sind Tausende von Messbojen unterwegs, die durch die Ozeane driften. Hinzu kommen Tauchroboter mit Kameras und Sonaren, die von Schiffen ferngesteuert werden und Rover, die auf Rädern und Ketten über den Meeresboden rollen. Trotz dieser modernen Geräte sind Ozeane, Tiefsee und Küsten noch immer nur lückenhaft erforscht. Um zu verstehen, wie sich die Meere, ihre Lebewesen und die biologischen, chemischen und physikalischen Prozesse mit dem Klimawandel und den vielen Belastungen verändern, müssen in den nächsten Jahren weit größere Meeresgebiete im Detail untersucht und vermessen werden.

Dafür braucht es modernste Technologie und enge Zusammenarbeit. Die drei großen Meeresforschungs-Institute der Helmholtz-Gemeinschaft – das Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), das Helmholtz-Zentrum Hereon und das GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel – haben sich jetzt zum Aufbau der Helmholtz-Infrastruktur MUSE zusammengetan, um darin in sieben Jahren gemeinsam Forschungsgeräte und Messverfahren für die Zukunft zu entwickeln. MUSE steht für Marine Umweltrobotik und -Sensorik für nachhaltige Erforschung, dem Schutz und Management der Küsten, Meere und Polarregionen und startet mit einem Kick-off-Meeting vom 23. bis 25. Mai am AWI in Bremerhaven. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf Weiterentwicklungen von Sensortechnologien, auf deren Software und Einbindung von künstlicher Intelligenz, auch um zu beurteilen, ob Meeresschutz wirksam wird. „An jedem dieser Institute haben wir für diese Bereiche Expertinnen und Experten. Jetzt bringen wir sie in einem bisher einmaligen Infrastruktur Projekt zusammen“, sagt MUSE-Koordinatorin Martina Löbl vom AWI.

Da die drei Institute in ihrer Forschung unterschiedliche räumliche Schwerpunkte setzen, ist die Entwicklung der Technik vielfältig aufgestellt. Das Hereon bringt seine Expertise in der Küstenforschung ein, das AWI fokussiert sich auf die eisbedeckten Polarregionen, GEOMAR auf den blauen Ozean. „Andererseits gibt es viele Parameter, die für alle drei Institute und ihre Partner wichtig sind – diese werden in einer internationalen Gemeinschaft im Rahmen des Global Ocean Observing System weiterentwickelt“, sagt Martina Löbl. „Das setzt natürlich voraus, dass sich die Messtechnik leicht an die verschiedenen Unterwasserfahrzeuge unserer drei Institute ankoppeln lässt. Im Projekt arbeiten wir daher auch an einer Art Plug-and-play-Prinzip.“

MUSE soll auch die Datenverarbeitung in den Robotern, Unterwassergleitern und autonomen Vehikeln vereinheitlichen. Auch das wird die Arbeit künftig erleichtern. So wird es einfacher, verschiedene Systeme kooperieren zu lassen. Ein Messsystem am Meeresboden etwa könnte ein so genanntes AUV (Autonomes Unterwasser Vehikel) zu Hilfe rufen, wenn es eine besondere Entdeckung gemacht hat - damit das AUV mit seinen Bordsensoren, die Umgebung genauer vermisst. Einheitliche Softwarestandards und Algorithmen sind dabei sehr hilfreich.

Das MUSE-Projekt berücksichtigt auch, dass wissenschaftliche Daten weltweit mehr und mehr zwischen Forschenden ausgetauscht und anderen Arbeitsgruppen zur Verfügung gestellt werden. In der Helmholtz-Gemeinschaft wurde deshalb in den vergangenen Jahren ein einheitlicher Datenstandard entwickelt, der Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen weltweit künftig den Zugriff auf interessante Bilddaten erleichtern soll. Diesen FAIR (findable, accessible, interoperable and reusable) genannten Standard werden die MUSE-Technologien erfüllen.

„Das Programm zur Entwicklung der MUSE-Infrastruktur wird die Beobachtung aller wesentlichen Ozeanvariablen vom Meeresboden bis zur Atmosphäre und eine neue Ebene der Forschung über miteinander verbundene biologische, biogeochemische und physikalische Ozeanprozesse ermöglichen“, betont Dr. Henk-Jan Hoving, Biologe und MUSE-Koordinator am GEOMAR. „Es wird unsere robotischen, mobilen und verankerten Kapazitäten in Zusammenarbeit und Abstimmung mit unseren MUSE-Partnern AWI und Hereon stärken. MUSE wird unsere Technologie verbessern, Zugang zu schwierigen marinen Ökosystemen, einschließlich einer Reihe von Tiefseeumgebungen, bieten und eine ereignisbasierte Datenerfassung ermöglichen.“

Die MUSE-Infrastruktur werde auch verschiedene kommende wissenschaftliche Initiativen unterstützen, darunter die einjährige FUTURO-Kampagne, die das GEOMAR derzeit mit nationalen und internationalen Partnern entwickelt. Diese Kampagne zielt darauf ab, die ozeanographischen und biologischen Prozesse im Zusammenhang mit dem atlantischen Auftrieb vor Afrika zeitlich und räumlich so umfassend wie nie zuvor zu erfassen.

Der Aufbau der Helmholtz Infrastruktur MUSE wird mit 29,7 Millionen Euro durch die Helmholtz-Gemeinschaft als strategische Ausbauinvestition gefördert, soll im Jahr 2029 abgeschlossen sein und dann in den Betrieb gehen. „Die darin entwickelten Technologien werden wir zunächst an den bereits vorhandenen Unterwasserfahrzeugen testen, ehe sie bei neuen Fahrzeugen zum Einsatz kommen“, sagt Martina Löbl. Wohlwissend, dass sich Technologien innerhalb von sieben Jahren sehr schnell weiterentwickeln, wird das MUSE-Team die aktuellen Entwicklungen im Blick behalten und Neuheiten permanent in die Arbeit integrieren. Zum Projektende kann das Team dann Lösungen präsentieren, die technisch auf dem neuesten Stand sind.