Messroboter auf erster autonomer Fahrt im Regenwald

der Messroboter auf den Gewässern des Amazonas
Während der dritten Forschungsreise in den brasilianischen Amazonas gelang einem Team der TU Bergakademie Freiberg die Weiterentwicklung einer selbst entwickelten autonomen Plattform für robotergestütztes Monitoring von Binnengewässern.

Der 120 Zentimeter lange Messroboter ist eine Entwicklung eines interdisziplinären Teams der TU Bergakademie Freiberg. Die Messtechnik am Roboter erhebt Daten, die Aufschlüsse über den Gasaustausch selbst im Amazonasgebiet erlauben. Konkret erfassen die Forschenden sogenannte Speicher-, Quell- oder Senkenfunktionen für Kohlenstoff und Stickstoff. „Der Gasaustausch der Gewässer erscheint repräsentativ für die im Amazonasbecken typischen Seen“, sagt Projektleiter Prof. Jörg Matschullat. „Dabei schließen wir anhand der bisher erhobenen Daten, dass die konkreten Wetterbedingungen für den Gasaustausch ausschlaggebend sein. Weniger wichtig dafür als zuerst angenommen erscheinen hingegen die Jahreszeiten“.

Autonom durch das Bäume-Labyrinth des Amazonas

Messroboter auf dem WasserWährend der dritten Forschungsreise in die Region um Manaus navigierte der Roboter erstmals mit automatischer Pfadplanung auf Gewässern im Regenwald. Dank Satellitennavigation und einer Künstlichen Intelligenz hält der Roboter auch bei Wellen und Sturm seine Position – eine wichtige Voraussetzung für eine genaue Probenentnahme. Mit einer Sensorkette ausgestattet, können mehrere Wasserparameter gleichzeitig in verschiedenen Tiefen erfasst werden. Ein Sonar spürt Unterwasserstrukturen sowie Hindernisse im Gewässer auf und vermisst das Becken dreidimensional.

Wasser- und Gasproben zeigen den Gasaustausch im Ökosystem

Auswertung der Messungen am PC„Die Plattform konnte nun erstmals eigenständig Gasproben nehmen. Nach deren Analyse berechnen wir daraus die Stoffflüsse“, berichtet Prof. Jörg Matschullat. Dabei messen die Forschenden den Gehalt an Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4) und Lachgas (N2O), drei wichtige Treibhausgase. Wie effektiv der Mess-Roboter diese Daten unter feucht-tropischen Bedingungen erheben kann, testen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit den Mess-Kampagnen in Brasilien. Parallel erfassen sie Temperatur, pH-Wert, elektrische Leitfähigkeit, Trübung und Druck in der Wassersäule.

Mit den Ergebnissen aus dem Vergleich des Gasaustausches zwischen Trocken- und Regenzeit kann das Team wichtige Schlüsse für bestehende Klimamodelle im Amazonas-Raum ziehen: „Speicher-, Senken- beziehungsweise Quellfunktionen von tropischen Gewässern zu verstehen und korrekt bestimmen zu können, ist eine wesentliche Voraussetzung für ein gezieltes Gewässermanagement im Sinne einer Anpassung an den Klimawandel“, erläutert der Freiberger Geoökologe. „Studien unter extremeren Klimabedingungen sind äußerst hilfreich, um zukünftiges Verhalten der Umweltsysteme auch in Mitteleuropa besser einschätzen und darauf reagieren zu können.“

Hintergrund: Forschungsprojekt im Rahmen der Nachwuchsgruppe RoBiMo

Die interdisziplinäre Nachwuchsgruppe RoBiMo (Robotergestütztes Binnengewässer Monitoring), in der auch das Projekt RoBiMo-Trop angesiedelt ist, wird durch den Freistaat Sachsen mit Mitteln des Europäischen Sozialfonds bis Ende Dezember 2022 gefördert. Das Forschungsprojekt RoBiMo-Trop untersucht in mehreren Messkampagnen bis Ende 2023 das Austauschverhalten von Treibhausgasen in tropischen Seen über einen Zeitraum von drei Jahren. Die Forschungsreisen des Freiberger Teams werden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung sowie der Deutschen Bundesstiftung Umwelt unterstützt. Vor Ort arbeiten die Forschenden mit der brasilianischen Forschungseinrichtung EMBRAPA Amazonas Ocidental zusammen. Die Messtechnik wird künftig von brasilianischen Fachbehörden zur Gewässerkontrolle eingesetzt werden.

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