Fraunhofer-Institut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie FKIE
Fraunhofer-Institut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie FKIE

© Fraunhofer FKIE

Radioaktives Material schnell und präzise lokalisieren

Radioaktivität stellt eine unsichtbare Gefahr dar, die potenziell gravierende Langzeitschäden für Gesundheit und Umwelt verursachen kann. Da die Strahlenquellen unsichtbar und für den Menschen nicht direkt wahrnehmbar sind, braucht es technische Systeme, um ihre Präsenz und Intensität zu erkennen. Insbesondere bei Unfällen oder Angriffen mit radioaktivem Material ist es entscheidend, die Situation schnell und präzise zu analysieren. Die Identifizierung und Lokalisierung von Hotspots oder radioaktiven Quellen muss umgehend erfolgen, um die Sicherheit der Bevölkerung und der Umwelt zu gewährleisten sowie geeignete Schutzmaßnahmen einzuleiten. In diesem Zusammenhang erweisen sich Drohnen als besonders hilfreich, da sie es ermöglichen, große Gebiete schnell und unabhängig vom Gelände zu erkunden. Diese technischen Systeme sind unerlässlich, da sie nicht nur die vorhandene Strahlung detektieren, sondern auch dabei helfen, deren Ausbreitung sowie mögliche Auswirkungen auf Mensch und Natur zu minimieren.

Hochautomatisiertes UAS zur Aufklärung radioaktiver Quellen

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© Fraunhofer FKIE/Fahmi Rouatbi
Eine DJI M600 mit Nutzlast, bestehend aus einem Gammadetektor, einem Intel NUC Computer und weiteren Sensoren.

Unbemannte Luftfahrzeuge (Unmanned Aerial Vehicles - UAVs) gewinnen zunehmend an Bedeutung für Aufklärungsmissionen in unterschiedlichen Einsatzgebieten. Ihre Fähigkeit, unabhängig von der Bodenbeschaffenheit zu operieren, macht sie besonders wertvoll in Umgebungen, die durch zerstörte Gebäude oder andere schwierige Geländeformen gekennzeichnet sind. Zusätzlich sind sie in der Lage, große Gebiete schnell zu erkunden.

Die technologische Entwicklung trägt dazu bei, dass Sensorik und Computerhardware zunehmend miniaturisiert werden, was ihre Integration in UAVs erleichtert. Diese Fortschritte ermöglichen es, verschiedenartige Sensoren auf einer einzigen Drohne zu montieren. Das Fusionieren dieser orthogonalen Sensoren verstärkt die Fähigkeit der UAVs, detaillierte und umfassende Daten zu sammeln. Diese Multisensorik unterstützt die Aufklärungsarbeit erheblich und trägt zu einem signifikanten Mehrwert bei, indem sie eine genauere Analyse und Interpretation der gesammelten Informationen ermöglicht.

Die Forschungsgruppe »Integrierte Sensorsysteme« der Abteilung »Sensordaten- und Informationsfusion« (SDF) am Fraunhofer FKIE arbeitet an einem Unmanned Aerial System (UAS) für die hochautomatisierte Aufklärung radioaktiver Quellen. Ein erster Technologiedemonstrator wurde bereits aufgebaut und erfolgreich erprobt.

Für die Aufklärung radioaktiver Quellen wurde eine Sensornutzlast bestehend aus einem Gammadetektor sowie weiterer Sensoren aufgebaut. Der Aufklärungsprozess wird automatisiert durchgeführt und besteht aus einer Explorations- und einer Suchphase. Während der Explorationsphase wird das Zielgebiet grob überflogen und das System sammelt kontinuierlich Daten über die Umgebung.

Zu einem gewissen Zeitpunkt wird in einen zielgerichteten Suchmodus gewechselt. In diesem Modus passt sich die Trajektorie dynamisch an das bisher akkumulierte Wissen über die Umgebung sowie aktueller Sensorinformationen an. Hierfür werden stochastische Verfahren verwendet, die die Wahrscheinlichkeit verschiedener Positionen der Quelle schätzen.

Das UAS zur Aufklärung radioaktiver Stoffe wurde in Feldversuchen evaluiert und ist in der Lage, innerhalb weniger Minuten eine radioaktive Quelle auf wenige Meter genau zu lokalisieren.

Die Abteilung SDF erforscht, inwieweit sich die Aufklärungszeit mit zusätzlicher Sensorik weiter verringern lässt und welche Informationen dadurch bereitgestellt werden können. Zum Beispiel sind Informationen über die Umgebung, den Zugang und die Beschaffenheit der Wege zur potenziellen Quelle essenziell für den Operator, um eine schnelle Beseitigung durchzuführen.