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Weltneuheit! Eine Studierendengruppe der FH Aachen entwickelt unter der Leitung von Prof. Günter Schmitz einen digitalen Tauchnavigator, der wie ein regulärer Tauchcomputer am Arm tragbar ist
Die Freiheit beim Tauchen ist wunderbar, hat aber den Haken, dass man - taucht man ohne ortskundigen Guide - sicher navigieren können sollte, um den Weg zurück zum Boot zu finden. Viele Taucher unterschätzen Entfernungen und Strömungen und bewegen sich unbemerkt außer Sichtweite des Bootes und des Kapitäns - im offenen Meer eine lebensgefährliche Situation. Daher ist ein Grundbaustein der Tauchausbildung das Navigieren mit dem Kompass. Zur Navigation gehört beispielsweise, die Entfernung zwischen zwei Wegpunkten festzulegen. Verwendet der Taucher einen Kompass, bedeutet das: Flossenschläge zählen. Bei komplexeren Kursen muss er zudem eine Schreibtafel benutzen, um Richtungswechsel, Entfernungen und Umgebungsmerkmale zu notieren. Kurz: Das Navigieren mit dem Kompass ist zwar sicher, erfordert allerdings Disziplin und ist nicht unbedingt komfortabel. Prof. Günter Schmitz vom Fachbereich Luft- und Raumfahrttechnik, selbst ein erfahrener Taucher, erkannte hier eine Marktlücke. Rasch sicherte er sich das Patent und begann mit der Entwicklung eines Unterwasser-Navigationscomputers. Die Idee ist, dass der Computer die Navigation übernimmt und den Taucher sicher an den Wunschort leitet - sei es zurück an den Ausgangspunkt des Tauchgangs oder einen entfernten Ort, etwa beim Strömungstauchgang. Wie aber setzt man so eine Idee technisch um? Die herkömmliche Satellitennavigation mit GPS kommt unter Wasser nicht infrage. Satelliten senden im Mikrowellenbereich und Mikrowellen werden vom Wasser absorbiert. Daher bricht der Empfang bereits wenige Zentimeter unterhalb der Wasseroberfläche ab. Die einzig mögliche Technologie, das war dem Flugzeugexperten rasch klar, lautet Trägheitsnavigation. Das Prinzip dieser Navigationsart, die vorrangig in Flugzeugen eingesetzt wird: Sensoren erfassen jede Beschleunigung und jeden Winkel des sich bewegenden Objektes im dreidimensionalen Raum und zeichnen so den absolvierten Kurs auf. Aufgrund der Bewegungen des Tauchers errechnet der Tauchcomputer also den Weg zum Zielpunkt -so der Plan.
Schmitz entwickelte also einen Algorithmus, der auch unterwassertauglich ist. Er muss die Position des Tauchers so exakt bestimmen, dass er die Störungen unter Wasser zu kompensieren vermag. Erste Simulationen im zweidimensionalen Raum zeigten: Der Algorithmus funktionierte. Ein Jahr nach der Idee, im Mai 2008, übergab er das Konzept einem sechsköpfigen, internationalen Team aus Studierenden des Masterstudiengangs Mechatronics. Sie begaben sich an die Programmierung, den Entwurf des Prototyps und an die Sensorik. Hier wurde es besonders knifflig: Welche Sensoren sind notwendig, welche nicht? Die Studierenden bauten - zunächst in einer Simulation - Temperatur-, Echtzeit-, Drehraten-, Beschleunigungs- und Magnetfeldsensoren sowie einen Drucksensor in den Navigator ein. In 3D-Simulationen prüften sie das Gerät auf Herz und Nieren - es bestand die Tests. "Besonders der Drucksensor war spannend. Dieser Sensor ist so was wie die Achillesferse des Gerätes", erklärt Vivek Behera, der in dem Team für die Sensorik zuständig ist. "Doch unser Drucksensor hält in unserem Gehäuse bis zehn Bar, also 90 Meter Tiefe", ergänzt sein Teamkollege Nik Anwar, nicht ohne Stolz. Nach den bestandenen Simulationen machten sich die Studierenden daran, den Tauchnavigator real umzusetzen. "Hier war die Herausforderung, alles in das Gerät einzubauen, ohne dass es zu groß und unhandlich wird", erinnert sich Soroosh Eghbali. Der Navigator verfügt über ein selbstleuchtendes LCD-Display und ist somit auch nachts gut einsetzbar. "Es gibt noch viele Möglichkeiten: Man könnte einen Mechanismus entwickeln, um an besonders schönen Stellen eine Marke zu setzen", freut sich Prof. Smitz. "Oder wenn man die Position des Ausgangsortes definiert hat, zum Beispiel mittels GPS. Dann ist es möglich, später die Strecke wiederzufinden und nochmals zu tauchen", ergänzt Nihit Madan. Doch bis dahin muss der Tauchnavigator noch eine Reihe weiterer Tests bestehen.
Im Sommer dann der nächste Meilenstein: Der erste Testtauchgang im Eschweiler Blausteinsee wird entscheiden, wie nah die jungen Entwickler ihrem Ziel sind. In den folgenden Wochen werten die Studierenden die Daten aus - dann wird sich zeigen, ob der Algorithmus tatsächlich ausreichend exakt funktioniert und einen Taucher sicher zum gewünschten Ziel führen kann. Für Tausende Taucher ginge damit ein Wunsch in Erfüllung: Endlich unbeschwert die Schönheiten der Unterwasserwelt genießen, ohne sich um die lästige Navigation zu kümmern.
Kontakt:
FH Aachen
Prof. Dr. Günther Schmitz
Telefon: 0241 6009 52314
E-Mail: schmitz@fh-aachen.de
Criteria of this press release:
Electrical engineering, Information technology, Materials sciences, Mechanical engineering, Oceanology / climate
transregional, national
Research projects, Studies and teaching
German
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