Autonomer Mähroboter zur Vegetationskontrolle bei der SBB

Unkraut ist nicht nur in der Landwirtschaft und in Privatgärten unerwünscht, sondern auch bei Bahnunternehmen. Damit die Anlagen nicht überwuchern, müssen entlang der Gleise regelmässig Gräser und Büsche geschnitten und Unkraut mit Pestiziden bekämpft werden. Das ist aufwändig und teuer, das Schweizer Schienennetz ist über 5.000 Kilometer lang. Oft kommt Glyphosat zum Einsatz, ein umstrittenes Herbizid. Die SBB sind deshalb auf der Suche nach Alternativen.

Eine davon wird an der Hochschule Luzern entwickelt, genauer am Departement für Technik und Architektur in Horw. Das Ziel: Ein autonom fahrender Roboter soll dereinst die Vegetation entlang der Gleise unter Kontrolle halten. Die Anforderungen an ein solches Gefährt sind hoch. Es muss aus Sicherheitsgründen klein, wendig und möglichst leicht sein. Der Roboter muss zudem mit unwegsamem Terrain entlang von Gleisen zurechtkommen.

Anhand solcher Vorgaben hat ein interdisziplinäres achtköpfiges Team aus den Bereichen Maschinenbau, Elektrotechnik und Informatik in Zusammenarbeit mit den SBB einen Prototyp entwickelt.

Herausgekommen ist ein vierrädriges Gefährt, das etwa so gross ist wie ein kleiner Koffer. Vorne ist ein rund 50 Zentimeter langer Mähbalken montiert. Nebst diversen Sensoren und einem GPS ist ein sogenanntes Lidar eingebaut. Dieser Laserscanner hilft dem Roboter, sich in seiner Umgebung zurechtzufinden.

Im heiklen Umfeld der Gleise muss sich das Gefährt nämlich zentimetergenau fortbewegen können. «Das GPS allein reicht dafür nicht aus. Es ist zu unpräzise, die Verbindung ist nicht immer gewährleistet», sagt Projektleiter Christoph Eck. Das Forschungsteam geht nun der Idee nach, dass sich der Roboter an Fixpunkten in der Umgebung orientiert, konkret an den Fahrleitungsmasten.
Während in der Landwirtschaft, der Industrie und anderen Bereichen bereits autonom fahrende Roboter eingesetzt werden, gibt es im Bahnbereich noch keine marktfähigen Lösungen. Ein handelsüblicher autonom fahrender Rasenmäher als Basis für den Prototyp stellte sich als ungeeignet heraus. «Solche Modelle können im Gleisschotter nicht fahren», sagt Annina Blaas, wissenschaftliche Mitarbeiterin. Viele Teile des Prototyps hat die Hochschule selber entwickelt und gebaut.

Ein Vorteil sei das breite Knowhow, das an der Hochschule vorhanden sei. «Wir können verschiedene Teilaspekte auslagern, etwa in Diplomarbeiten von Studierenden», sagt Christoph Eck. So habe Samuel Huser in einer Bachelorarbeit einen wichtigen Beitrag geleistet: Der 32-jährige Zentralschweizer studiert Digital Engineering und hat eine webbasierte Benutzeroberfläche entwickelt, um den Roboter zu steuern und zu überwachen. «Mithilfe dieser Schnittstelle kann man nun eine Verbindung zu einer übergeordneten Organisation herstellen. Zum Beispiel zu einer Leitstelle, von wo aus der Roboter überwacht und gesteuert wird», sagt Eck.

Nach einem Elektrotechnikstudium an der ETH arbeitete Annina Blaas mehrere Jahre als Embedded Software Entwicklerin in Industrieunternehmen. 

Nach einem weiteren DAS Studium in Data Science arbeitet sie inzwischen als Senior Wissenschaftliche Mitarbeiterin an der Hochschule Luzern im Institut für Maschinen- und Energietechnik und dort am  Kompetenzzentrum für mechanische Systeme. Hier kann sie ihr Fachwissen ideal kombinieren und in Forschungsprojekte und bei der Lehre in den interdisziplinären Themenbereichen Robotik und Automation einbringen.