In der Schwerelosigkeit erreicht der Mensch nicht immer dieselbe Geschicklichkeit wie auf der Erde – nicht einmal mit Übung. Ein Phänomen, das in der bemannten Raumfahrt bekannt, aber nicht entschlüsselt ist: Was ist der Grund für die verminderte Hand-Auge-Koordination im All, und wie können Leistungseinbußen ausgeglichen werden?
Zusammen mit Kosmonauten auf der Internationalen Raumstation ISS haben Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft– und Raumfahrt (DLR) deshalb eine achtwöchige Experimentreihe gestartet. Hierbei kommt der Kontur-2-Joystick des DLR-Instituts für Robotik und Mechatronik zum Einsatz, der sich seit Juli 2015 auf der ISS befindet. Das System ist kraftreflektierend und ermöglicht dank Telepräsenz-Technologie die feinfühlige Fernsteuerung von robotischen Systemen, so als ob der Bediener selbst vor Ort wäre.
Telepräsenz wird wichtiger
Letztes Jahr wurden mehrere Experimente zur Steuerung von Robotern auf der Erde mit dem Kontur-2-Joystick auf der ISS erfolgreich abgeschlossen. Zuletzt konnte das Projektteam im Dezember 2015 mit einem feinfühligen „Tele-Handshake“ zwischen ISS und Erde diese Technologie erfolgreich demonstrieren.
Ganz besonders kritisch ist die Leistungsfähigkeit der Hand-Auge-Koordination bislang beim manuellen Andocken der Soyus an die ISS. Fällt das automatische System aus, muss das Raumschiff über das TORU-System mit zwei Joysticks gesteuert werden – ein extrem schwieriges Manöver, das jahrelanges Training der Astronauten erfordert. Eine weitere aktuelle Anwendung, die Geschicklichkeit erfordert betrifft die Steuerung des Canadarms – der Roboterarm an der Außenwand der ISS.
Da robotische Systeme und Telepräsenz-Technologien in der Raumfahrt eine immer größere Rolle spielen, ist auch die Bedienungsfähigkeit des Menschen künftig stärker gefragt. „Von der neuen Kontur-2-Studie erwarten wir uns wichtige Hinweise zum besseren Verständnis der menschlichen Sensomotorik unter Bedingungen der Schwerelosigkeit. Dies ist ein unverzichtbarer Aspekt, um zukünftige Telepräsenz- oder Telerobotiksysteme sicher und effizient zu bedienen und somit unsere Vision der planetaren Exploration Realität werden zu lassen“, erklärt Projektleiter Dr. Bernhard Weber vom DLR-Institut für Robotik und Mechatronik.
Einfache Aufgaben, komplexer Abgleich
Die Experimentreihe zielt darauf ab, jeden Bewegungsaspekt isoliert betrachten und analysieren zu können. Dazu haben Weber und seine Kollegen eine Computersimulation mit möglichst einfachen Aufgaben entwickelt: Die Kosmonauten sollen mit dem Joystick einen Cursor auf einem Bildschirm steuern und führen diverse Ziel- und Folgeaufgaben aus.
Getestet werden die Leistungen bei Positionssteuerung, Geschwindigkeitssteuerung und vor allem die Auswirkungen der unterschiedlichen Joystick-Einstellungen. Denn über die Kraftrückkopplung kann die Dämpfung, Steifigkeit und Masse des Joysticks in verschiedenen Intensitätsgraden geregelt werden. Durch die optimale Einstellung des Joysticks erhofft man sich eine Verbesserung der Sensomotorik in der Schwerelosigkeit.
Um aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten, sind an der Studie gleich mehrere Kosmonauten beteiligt: Andrei Borissenko, Sergey Ryschikow und Oleg Novitsky führen über denselben Zeitraum von acht Wochen dieselben Aufgaben mehrmals in unterschiedlicher Reihenfolge durch. Die terrestrischen Vortests haben die Probanden dabei schon absolviert. Das Kontur-2-Team hatte sich dazu im Juli mit den drei Kosmonauten getroffen und die Experimente im Gagarin-Kosmonauten-Trainingszentrum in Moskau durchgeführt, um mögliche Leistungseinbußen in der Schwerelosigkeit genau bestimmen zu können.
Nun haben Andrei Borissenko und Sergey Ryschikow ihre ersten Sessions erfolgreich an Bord der ISS durchgeführt und werden die Experimentreihe bis Ende Dezember fortsetzen. Die Erkenntnisse helfen den DLR-Wissenschaftlern, die Ursachen für die verminderte Hand-Auge-Koordination zu klären, Lösungsansätze für einen möglichen Ausgleich zu erarbeiten und Telepräsenz-Technologien wie den Kontur-2-Joystick weiter für den Einsatz im Weltraum zu optimieren.
Auf den Bildern
- Erste Experiment-Einheit auf der ISS: Andrei Borissenko testet den Kontur-2-Joystick des DLR-Instituts für Robotik und Mechatronik.
- Kraftreflektierende und feinfühlige Kontrolle: Sergei Ryschikow kann dank Telepräsenz-Technologie robotische Systeme steuern als wäre er selbst vor Ort.
