Gemeinsam stärker als allein
Ein autonomes System allein kann bereits die Effizienz steigern, menschliche Fehlerquellen minimieren und Kosten sowie Personal einsparen. Intelligent vernetzte Flotten, sogenannte kooperative Autonomie, können größere Flächen abdecken, parallele Aufgaben übernehmen, auf Ausfälle einzelner Einheiten reagieren und ihre verfügbaren Ressourcen dynamisch verteilen. Sie planen die Aufgaben gemeinsam, tauschen Informationen aus und stimmen ihr Verhalten kontinuierlich aufeinander ab. Kooperative Robotik entwickelt sich zu einer Basistechnologie für Anwendungen, bei denen mehrere autonome Systeme gemeinsam Aufgaben übernehmen und Entscheidungen dezentral treffen.
Agrarlogistik und Precision Farming profitieren von Flotten
Die Agrarlogistik profitiert besonders von vernetzten Flotten, da landwirtschaftliche Betriebe zunehmend vor der Herausforderung stehen, steigende Produktivität mit einem geringeren Energie-, Betriebsmittel- und Personalverbrauch zu verbinden. So entstehen Konzepte mit mehreren kleineren autonomen Fahrzeugen, die Transport-, Versorgungs- und Feldarbeiten koordiniert übernehmen. Während ein Fahrzeug Erntegut zum Feldrand transportiert, liefern andere Saatgut oder Dünger nach oder übernehmen den Abtransport zur Lagerung. Die Fahrzeuge tauschen permanent Informationen über Position, Auslastung, Batteriestatus oder Kraftstoffvorräte sowie den Fortschritt einzelner Arbeitsaufträge aus. So entstehen flexible Prozessketten, die sich ohne menschliche Eingriffe an veränderte Bedingungen anpassen können. Forschungsergebnisse zeigen zudem, dass kleinere autonome Fahrzeuge die Bodenverdichtung reduzieren und damit langfristig die Bodenqualität erhalten können.
Einsatz in der Präzisionslandwirtschaft
Im „Precision Farming“, einem zielgerichteten, datenbasierten Verfahren zur ortsspezifischen Bewirtschaftung von landwirtschaftlichen Nutzflächen, können mehrere Feldroboter Pflanzenbestände gleichzeitig aus unterschiedlichen Blickwinkeln erfassen und ihre Sensordaten miteinander kombinieren. Kamerasysteme, Multispektralsensoren und Bodensensoren liefern gemeinsam ein wesentlich genaueres Bild des Pflanzenzustands als einzelne Systeme. Auf dieser Grundlage lassen sich Wasser, Dünger oder Pflanzenschutzmittel gezielt dort einsetzen, wo sie tatsächlich benötigt werden. Die Europäische Kommission fördert entsprechende Technologien im Rahmen ihrer Programme für digitale Landwirtschaft, weil sie den Ressourcenverbrauch senken und gleichzeitig die Widerstandsfähigkeit landwirtschaftlicher Produktionssysteme stärken können.
Drohnenschwärme statt einzelner Flugobjekte
Kooperative Autonomie verändert auch die Einsatzmöglichkeiten unbemannter Systeme in der Luftfahrt. Drohnenschwärme können große Infrastrukturen, Stromtrassen oder Verkehrswege deutlich schneller erfassen als einzelne Fluggeräte. Jede Drohne übernimmt einen definierten Bereich, während sämtliche Sensordaten in Echtzeit zu einem gemeinsamen Lagebild zusammengeführt werden. Muss eine Einheit aufgrund schlechter Wetterbedingungen, technischer Probleme oder eines niedrigen Batteriestands ausscheiden, verteilen die übrigen Systeme deren Aufgaben automatisch neu. Das erhöht sowohl die Zuverlässigkeit als auch die Effizienz komplexer Missionen. Durch die verteilte Sensorik entsteht ein konsistentes Lagebild, das einzelnen Fluggeräten aufgrund ihres begrenzten Sichtfeldes nicht zur Verfügung steht.
Messungen auf Mars und Mond
In der Raumfahrt werden Satelliten zunehmend als vernetzte Konstellationen konzipiert, deren einzelne Einheiten ihre Beobachtungen koordinieren und Messdaten miteinander austauschen. Statt sämtliche Funktionen auf einem einzelnen Großsatelliten zu bündeln, verteilen sich Aufgaben auf mehrere kleineren Plattformen. Dadurch lassen sich Erdbeobachtung, Navigation oder Kommunikationsdienste flexibler erweitern und robuster gegenüber technischen Ausfällen gestalten. Die Europäische Weltraumorganisation entwickelt entsprechende Technologien für Formationsflüge, bei denen mehrere Satelliten ihre Formation bis in den Zentimeterbereich stabil halten und wie ein verteiltes Sensorsystem arbeiten. Für die Erforschung des Mondes und des Mars arbeiten Raumfahrtagenturen an Konzepten, bei denen mehrere Rover gemeinsam Gelände kartieren, Proben sammeln oder Kommunikationsnetzwerke aufbauen. Hindernisse oder interessante Fundorte werden automatisch an andere Systeme weitergegeben, wodurch sich Such- und Erkundungsstrategien dynamisch anpassen lassen.
NASA-Mission CADRE
Ein konkretes Beispiel liefert die NASA-Mission CADRE (Cooperative Autonomous Distributed Robotic Exploration). Drei etwa koffergroße Rover sollen in der zweiten Jahreshälfte 2026 auf der Mondoberfläche gemeinsam Gelände erkunden und ihre Aufgaben eigenständig koordinieren. Jeder Rover erfasst einen Teil der Umgebung, tauscht seine Erkenntnisse mit den anderen Fahrzeugen aus und passt seine Route an neue Informationen an. Die Systeme arbeiten dabei ohne permanente Steuerung durch ein Bodenteam und treffen Entscheidungen auf Basis gemeinsamer Sensordaten. Ziel der Mission ist es, zu zeigen, dass kooperative Autonomie wissenschaftliche Erkundungsmissionen robuster macht und gleichzeitig die Effizienz der Datenerfassung erhöht.
Mit der steigenden Zahl kooperierender Systeme wachsen allerdings auch die Anforderungen an Kommunikation und Cybersicherheit. Damit autonome Fahrzeuge zuverlässig zusammenarbeiten können, müssen Daten nahezu verzögerungsfrei übertragen, Sensordaten korrekt interpretiert und Entscheidungen nachvollziehbar getroffen werden. Forschungsprojekte konzentrieren sich derzeit auf resiliente Kommunikationsarchitekturen, verteilte Entscheidungsalgorithmen und standardisierte Schnittstellen, damit Flotten unterschiedlicher Hersteller sicher zusammenarbeiten können.
Kooperative Autonomie auf der XPONENTIAL Europe
Auf der XPONENTIAL Europe in Düsseldorf wird vom 16. bis 18. März 2027 ein breites Spektrum an kooperativer Autonomie präsentiert.
