Programmieren für den Mars
Eigentlich sollten die Roboterfahrzeuge "Spirit" und "Opportunity" 90 Tage auf dem Mars überleben, nun tun sie aber schon über fünf Jahre ihren Dienst - und das, obwohl ihre Hardware eigentlich bereits antiquiert ist. Abgesehen von einer Reihe glücklicher Zufälle hält laut Ashitey Trebi-Ollennu vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA vor allem die Software die Mars-Rover am Laufen.
Anfang 2004 landeten die beiden Mars-Rover "Spirit" und "Opportunity" mit drei Wochen Abstand auf der Oberfläche des Mars. 90 Tage, so erklärte die NASA damals, würden die beiden Roboterfahrzeuge die rauen Bedingungen auf dem Mars maximal überleben und dann ihre Arbeit einstellen.
Mitte 2009 arbeiten die beiden Rover immer noch, auch wenn sie bereits leicht lädiert sind. "Spirit" etwa kann nur noch rückwärts fahren, da das rechte Vorderrad nicht mehr funktioniert. Derzeit hängt er an einer Steinspitze inmitten von lockerem Boden fest, seit drei Wochen arbeitet die NASA bereits daran, "Spirit" aus seiner misslichen Lage zu befreien.
"Jeder Tag ist ein Geschenk"
"Jeder Tag, den die beiden Rover da oben funktionieren, ist ohnedies ein Geschenk", so Trebi-Ollennu, der im Rahmen der Roboter-WM RoboCup derzeit in Graz ist, gegenüber ORF.at. Er ist am JPL unter anderem für die aktuellen Mars-Rover und auch den nächsten Rover "Curiosity" (dt. "Neugierde") zuständig, der 2011 zum Mars starten soll.
Dass die Rover nach fünfeinhalb Jahren immer noch arbeiteten, sei eine "erfreuliche Überraschung" und beruhe auf einer Reihe glücklicher Zufälle, erklärt Trebi-Ollennu. Eigentlich war die NASA davon ausgegangen, dass die Solarpaneele der Rover nach spätestens drei Monaten derart mit Schmutz und Staub bedeckt sind, so dass sie nicht mehr genügend Sonnenlicht auffangen können. Doch das an sich raue Mars-Klima hat auch für die Rover gearbeitet, denn der Wind bläst den Staub in regelmäßigen Abständen weg. "Cleaning Events" nennt die NASA das.
Ein Stück lebende "Technikgeschichte"
Außerdem seien die Systeme und vor allem die Lithium-Ionen-Akkus, die selbst nach einigen zehntausend Ladevorgängen immer noch funktionieren, deutlich robuster als man angenommen habe. Auch hätten sich die Wissenschaftler bei der Einschätzung des Mars-Wetters getäuscht. "Wir wussten nicht, welche Umweltbedingungen uns auf dem Mars genau erwarten, und ob die Hardware das erträgt. Unsere Vorhersagen haben nicht gehalten."
Mit ihren fünfeinhalb Jahren sind die Mars-Rover nach heutigen Konsummaßstäben fast schon Technikgeschichte, ein Heimcomputer mit diesem Alter wäre wohl schon längst ausgemustert. Dabei ist das Innenleben der Mars-Rover noch weitaus älter: Die Bord-CPU der Rover sei mit nur 20 MHz getaktet und stamme aus den 80er Jahren, erzählt Trebi-Ollennu - sogar heutige Handys seien aus Hardware-Sicht leistungsfähiger als die Mars-Rover und hätten zudem mehr Arbeitsspeicher.
Hardware ist nicht alles
Doch es komme eben nicht nur auf die Hardware an, wie schnell beziehungsweise leistungsfähig ein System sei, so Trebi-Ollennu. Bei der Weltraumtechnik gebe es aufgrund der hohen Kosten, des naturgemäß kleinen Marktes und der langjährigen Zertifizierungsprozesse keine schnellen Entwicklungszyklen, daher sei die Hardware nicht auf dem letzten Stand. "Manche meinen sogar, sie wäre Dekaden hinterher." Im nächsten Mars-Rover werde etwa Technik aus den 90er Jahren verwendet, unter anderem ein PowerPC-Prozessor von IBM.
"Natürlich würden wir auch gerne mit schnelleren Prozessoren arbeiten, aber es gibt eben diese Einschränkungen und bei 'Spirit' und 'Opportunity' haben wir daher nur wenig Rechenleistung zur Verfügung. Die Herausforderung liegt nun darin, trotz dieser Einschränkungen möglichst viel aus der Hardware rauszuholen - und um auch gute Ergebnisse erzielen zu können, müssen wir eben sehr gute Programme schreiben. Und sie können dabei nicht einfach an einem Ende zusammendrücken, in der Hoffnung, dass dann eh alles passt - im schlimmsten Fall quillt es am anderen Ende ungehemmt wieder heraus." Es gehe also immer auch um die Optimierung des Codes.
Arbeitsspeicher bremst Optimierung aus
Umgelegt auf die Welt der Konsumelektronik würde das dann eigentlich bedeuten, dass es gar nicht nötig wäre, durchschnittlich alle drei Jahre einen neuen PC zu kaufen, sondern einfach bessere Software zu schreiben? Warum müssen wir ständig neue Hardware kaufen, weil die Leistung der alten auch tatsächlich nicht mehr reicht?
"Weil die auf dem Markt verfügbare Software immer größer wird und immer mehr Arbeitsspeicher verbraucht", meint Trebi-Ollennu. "Das geht, weil Arbeitsspeicher so billig ist. Wäre er teuer, wäre die Software viel effizienter. Es zahlt sich aber heute rechnerisch nicht aus, ein Programm zu optimieren, denn die Arbeitszeit, die das kostet, bringen Sie nicht wieder rein. Arbeitsspeicher ist deutlich billiger, den bekommen Sie vergleichsweise für ein paar Euro. Die Software auf unseren Rechnern könnte weitaus effizienter sein, als sie es derzeit ist."
RoboCup: Weltraumwissenschaft im Kleinen
Im Prinzip sei die Arbeit der Teilnehmer für den RoboCup nichts anderes als das, was die Wissenschaftler am JPL betreiben würden - nur in einem kleineren Maßstab. "Sie müssen als Robotikwissenschaftler effektiv arbeiten, sie müssen ihre Ideen in internationalen Teams kommunizieren und sie müssen mit Einschränkungen wie durch die Hardware umgehen können. Die Studenten und Kinder lernen hier genau die Fähigkeiten, die in der 'großen' Robotik wichtig sind, wie Selbstvertrauen und Disziplin. Und die Dinge laufen nicht immer so, wie man will. Ich habe die Erfahrung gemacht, dass man zwar dabei lernt, wenn etwas funktioniert, man aber zehnmal so viel lernt, wenn etwas nicht funktioniert. Man muss es nur probieren."
Die NASA-Wissenschaftler hätten bei den Rovern immer wieder mit Problemen zu kämpfen, wie etwa mit einem feststeckenden Arm von "Opportunity". Drei Monate habe es gedauert, bis das Team erkannt habe, dass ein abgerissener Draht daran Schuld war. Dann habe man sich daran gemacht, das Problem zu lösen, denn an besagtem Arm sind wichtige wissenschaftliche Instrumente angebracht, die sonst nutzlos gewesen wären, erzählt Trebi-Ollennu. "Hätten wir das nicht gelöst, wäre 'Opportunity' zu einem fahrenden Fotografen verkommen. Und das ist ein typisches Problem, wie es auch beim RoboCup laufend vorkommt. Viele Teams haben nur einen einzigen Roboter, und wenn da etwas kaputtgeht, müssen sie sich auch andere Lösungsansätze überlegen. Und genau darum geht es: Lösungen finden."
Graduelle Autonomie, nicht absolute
Auf die Frage, wie lange er glaubt, dass die beiden Rover noch durchhalten, reagiert Trebi-Ollennu mit Gelächter: "Das ist die Ein-Millionen-Euro-Frage, und ich versuche sie täglich mit einem Blick in meine Kristallkugel zu lösen. Ernsthaft: Jeder Tag ist ein Geschenk, die Rover könnten jeden Tag sterben."
Der nächste Rover, den Trebi-Ollennu immer mit dessen Abkürzung MSL nennt, werde größer und leistungsfähiger sein als seine Vorläufer. Inwieweit er auch autonomer sein werde, könne man heute noch nicht sagen. "Spirit" und "Opportunity" etwa bekommen jeden Tag von der NASA fix definierte Aufgaben, die sie dann selbstständig abarbeiten müssen. "Es geht nicht um absolute Autonomie, sondern um graduelle, die angepasst wird. MSL wird weiter fahren können als 'Spirit' und 'Opportunity', mit seiner Größe eines BMW Minis wird er mehr Hindernisse bewältigen können, und er ist darauf ausgelegt, mindestens ein Jahr zu laufen. Er wird also von der Hardware her mehr können, aber das heißt nicht, dass er autonomer sein wird. Er soll das machen, was er am besten kann, und die Menschen werden das machen, was sie am besten können. MSL wird vieles können, die bisher wir Menschen hier unten im Kommandozentrum auf der Erde erledigt haben und dann den alten Rovern mitteilen mussten, aber ganz autonom wird er nicht sein."
"Klugheit wird überschätzt"
Das Ziel des RoboCups ist es doch, dass 2050 ein Team autonomer Roboter gegen ein menschliches All-Star-Team beim Fußballspielen gewinnt - hält Trebi-Ollennu das für realistisch? Werden Roboter 2050 dafür klug genug sein?
"Zuerst muss ich sagen, dass Klugheit grundsätzlich überschätzt wird", meint Trebi-Ollennu mit einem Grinsen. "Beim RoboCup kommt diese Intelligenz aus dem Zusammenspiel der Roboter, es ist also eine kollektive Intelligenz. Ich bezweifle nicht, dass man Roboter bauen kann, die schlau genug sind, um als Team zu spielen. Aber wir Menschen haben immer noch einen Vorteil gegenüber Robotern, denn wir können unsere Sinne besser und vor allem schneller fusionieren. Ich würde nicht unbedingt sagen, dass sie es niemals schaffen, aber 2050 könnte knapp werden."
Und was hält er von der beinahe schon klassischen Befürchtung, dass Roboter eines Tages die Herrschaft über die Menschen übernehmen könnten? "Roboter haben sicher einen Platz in unserem Leben, die Frage ist, welche Rolle genau sie in Zukunft spielen werden. Wir kennen ihre Rolle in der Industrie, dort können sie zum Beispiel Menschen bei gefährlichen Tätigkeiten schützen. Ich glaube aber nicht, dass Roboter ein Ersatz für Menschen sein können. Das ist zumindest kein Ziel der Robotik, wie ich sie kenne – wir wollen Roboter zu unserem Vorteil nutzen, nicht umgekehrt."
(futurezone/Nadja Igler)