Wissenschaftspreis für Emsländerin Hightech von morgen: Haselünnerin entwickelt Laser-Roboter mit

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Haselünne. Dr. Dorit Borrmann forscht gern und mit Erfolg. Die gebürtige Haselünnerin ist an der Entwicklung eines Laser-Roboters beteiligt, der ein komplettes 3-D-Modell der Umgebung liefert. Irma 3D heißt das Hightech-Fahrzeug. Das staubersaugerähnliche Teil, dessen Name wie aus einem Science-Fiction-Film klingt, wurde an der Universität Würzburg erfunden, an der die Emsländerin forscht und lehrt. Es erstellt selbstständig wie von Geisterhand gesteuert Map-Anwendungen.

  • Irma 3D heißt ein Roboter, an dessen Entwicklung die Haselünnerin Dorit Borrmann beteiligt ist
  • Sie wurde vor Kurzem mit einem Promotionspreis ausgezeichnet
  • Die 34-Jährige hat einen Lehrstuhl an der Uni Würzburg
  • 3D-Laserscanner erfasst Umgebung

Borrmann wurde vor Kurzem mit dem gemeinsamen Promotionspreis der Unterfränkischen Gedenkjahrstiftung für Wissenschaft und der Julius-Maximilians-Universität Würzburg ausgezeichnet. Die 34-Jährige kam im Juli 2013 als wissenschaftliche Mitarbeiterin zur Arbeitsgruppe Robotik und Telematik an die Lehranstalt, an der sie im Dezember 2017 promovierte. Zuvor war sie Mitglied der Jacobs- University Bremen, des Rochester Institute of Technology und der Universität Osnabrück. Sie erhielt den Master-Abschluss in Informatik 2009, den Bachelor-Abschluss in Informatik und Mathematik im Jahr 2006. Die Emsländerin ist Mitbegründerin der Firma Measurement in Motion GmbH, die Lösungen für Vermessungsaufgaben in industriellen Anwendungen anbietet.

Forschungsinteressen

Ihre Forschungsinteressen gelten insbesondere 3-D-Umgebungskartierung, Laserscanning-Technologien und 3-D-Thermomodellierung. Und eben autonomen mobilen Roboter wie Irma. In Italien wurde er unter anderem von Archäologiestudenten bei der Erstellung von 3-D-Karten einer archäologischen Ausgrabung eingesetzt.

3-D-Punktewolke

Das Prinzip des Miniroboters klingt einfach. „Auf ihm ist ein 3-D-Laserscanner installiert. Dieser schickt Lichtstrahlen aus, die von den Hindernissen der Umgebung reflektiert werden. Anhand der Zeit, die vergangen ist, bis der Lichtstrahl wieder auf den Scanner trifft, berechnet der Roboter, wie weit die einzelnen Objekte von ihm entfernt sind.“ Extrem genau sei dieser Laserscanner, „der ein virtuelles Modell unserer Realität erstellt“. Borrmann vergleicht das zur Erläuterung „mit einer 3-D-Punktewolke, in der die Umrisse unserer Umgebung markiert sind“.

Wird der Laserscanner gestartet, „dreht er sich um 360 Grad. So bekommt man ein komplettes 3-D-Modell der Umgebung“, erläutert seine Miterfinderin. Bereits bei seinem ersten archäologischen Einsatz habe er „wertvolle Erkenntnisse für die Wissenschaft“ geliefert. Etwa die, „dass die antiken Gartenhäuser nicht nach individuellen Plänen errichtet wurden, sondern quasi von einem Bauträger in Massenbauweise“. Die Kartierungssysteme werden überwiegend auf Autos oder Schiffen montiert. Es gibt aber auch Lösungen für die Montage auf einem Rucksack.

Keine Eintagsfliege

Erfindungen wie Irma 3D sind an der Uni Würzburg keine Eintagsfliege. Der sogenannte Rentner-Roller gehört ebenfalls dazu. Mit bis zu 15 Kilometern pro Stunde ist das autonome Teil für denjenigen unterwegs, der auf ihm Platz nimmt. Er übernimmt für seinen „Fahrer“ alles. Er kann Hindernisse wie Bordsteinkanten und geparkte Autos erkennen, sie umfahren oder vor ihnen anzuhalten. „Je nach Wunsch des Programmierers eben“, sagt Borrmann, die zu Haselünner Schulzeiten Naturwissenschaften und Mathematik sehr mochte. Physik und Biologie wählte sie nach der zehnten Klasse ab. „Bei Physik bereue ich das heute etwas, weil ich damit doch in meinem Beruf häufiger zu tun habe“, sagt Borrmann, die 2000/2001 als Exchange Student im amerikanischen Scottville, Michigan, lebte. „Schade war auch, dass man Informatik damals nur in Jahrgang 11 anfangen konnte. Da ich zu der Zeit in Amerika war, ging das für mich nicht.“

Als Gymnasiastin gehörte sie, damals in der Klasse 10.1, zu einer Zukunftsabordnung der Schule, die sich auf der Expo mit dem Thema „21. Jahrhundert und Planet of Visions“ beschäftigte. An der Wand in Halle 9 leuchteten Sprüche wie „Ich mag die Träume von der Zukunft lieber als die ganze Geschichte der Vergangenheit“ oder „Ich beneide die Zukunft um das, was sie von der Vergangenheit wissen wird.“

Suche nach Zukunftsansätzen

Die acht jungen Haselünner machten sich auf die Suche nach Zukunftsansätzen. Zum Beispiel dem, dass im Jahr 2100 niemand mehr über Wassermangel und -verschmutzung nachdenken muss, da dann andere Möglichkeiten zur Wasserherstellung gefunden sein werden. Oder dass bei einer Grabung in Deutschland 2030 eine Zigarettenschachtel mit der Erklärung präsentiert würde, diese länglichen Teile wären weit verbreitet gewesen und hätten die Menschen beruhigt, aber auch süchtig gemacht und gesundheitlich geschädigt. Deswegen seien sie 2045 durch vollkommen ungefährliche Zigaretten ersetzt worden.

Weichenstellendes Jahr

2002 war ein weichenstellendes Jahr für Borrmann. Sie nahm an einem Kurs der Deutschen Schülerakademie zum Thema „Chaos und Fraktale“ teil und wusste: Sie wollte Mathematik und Informatik studieren. Relativ schnell während des Studiums, das sie 2006 in Osnabrück abschloss, merkte sie: Informatik war ihr Ding, machte Spaß. „Zu der Zeit war die Robotik in Osnabrück sehr stark vertreten. Richtig gepackt hat es mich dann bei meiner Bachelorarbeit mit dem Thema ‚Global konsistente 3-D-Kartierung am Beispiel des Botanischen Gartens in Osnabrück‘, bei der ich mit einem Roboter durch den botanischen Garten gefahren bin und eine 3-D-Karte erstellt habe.“

Millionen von Punkten

Entsprechend liegt das Forschungsthema der gebürtigen Haselünnerin im Bereich der Robotik, Schwerpunkt Sensordatenverarbeitung. Hauptsächlich geht es dabei um 3-D-Punktwolken, ein Abbild der Umgebung, bestehend aus Millionen von Punkten, also eine Art 3-D-Foto. Aufgenommen werden diese Punktwolken meistens mit einem 3-D-Laserscanner. Ziel ist es, dabei möglichst automatisch hochgenaue 3-D-Modelle von beliebigen Umgebungen zu erstellen.

Das können eine Wohnung, eine Arbeitszelle in einer Fertigungsanlage, eine ganze Fabrikhalle, ein Bürogebäude, ein Museum oder auch eine gesamte Stadt sein. Die gleichen Methoden kommen zum Beispiel auch beim autonomen Fahren zum Einsatz. Je nach Anwendungsfall ergeben sich unterschiedliche Schwierigkeiten, etwa die Unterscheidung zwischen statischen und dynamischen Objekten.

Farb- und Thermoinformationen

„In meiner Doktorarbeit habe ich mich mit der Kombination von solchen Punktwolken mit Farb- und Thermoinformationen befasst. Die Idee ist, dass ein 3-D-Thermomodell als Grundlage für die energetische Sanierung von Bestandsgebäuden eingesetzt werden kann und da mit hilft, den Energieverbrauch zu reduzieren.“ Aber auch zur Sicherheitsüberwachung von Infrastruktur (Stromleitungen, Heizungsanlagen, Solaranlagen) kommt es zum Einsatz. Und eben in der Archäologie und Denkmalpflege. Ein digitales 3-D-Abbild von Kulturgütern ermögliche es, ihren Zustand festzuhalten und im Fall von Beschädigungen originalgetreu zu rekonstruieren.

Kombination von Theorie und Praxis

Diese Kombination von Theorie und Praxis und die Tatsache, am Ende Ergebnisse zu erzielen, „mit denen eigentlich jeder was anfangen kann“, fasziniert Borrmann an ihrem Beruf. Sie verbringt viel Zeit im Büro am Computer, aber auch draußen zum Testen der Methoden. „Was da intern passiert, versteht sicherlich nicht jeder, aber wenn der Roboter dann so fährt, wie er es soll, und man dann am Ende das hochgenaue 3-D-Modell sieht, dann ist das etwas, womit jeder was anfangen kann.“

Quadrokopter Wunsch

Über den mit 500 Euro als Anerkennung dotierten Promotionspreis der Unterfränkischen Gedenkjahrstiftung für Wissenschaft und der Julius-Maximilians-Universität Würzburg freut sich die junge Frau natürlich. „Es zeigt, dass die Wertschätzung für meine Arbeit über meine Arbeitsgruppe hinausgeht.“ Was sie mit dem Preisgeld macht, weiß Borrmann noch nicht. „Ich könnte mir vorstellen, mir einen kleinen Quadrokopter (Multicopter mit vier Rotorblättern) zu kaufen. Ob ich den dann für die Arbeit oder hauptsächlich zum Spielen verwende, wird sich dann später entscheiden“, sagt dieWahl-Würzburgerin schmunzelnd.

Aktuell beschäftigt sich die Wissenschaftlerin mit der „großen offenen“ Fragestellung in der 3-D-Punktwolkenverarbeitung, der Objekterkennung. Während es für Fotos inzwischen gute Methoden gibt, um einzelne Objekte zu identifizieren, suche man da bisher für 3-D-Punktwolken noch nach einer Lösung. Die zu finden sei insbesondere für viele Anwendungen in der Robotik notwendig.

Ein wichtiger Teil Borrmanns Beruf ist auch die Lehre. „Mir selbst macht die Forschung viel Spaß, und ich freue mich immer, wenn ich Ergebnisse sehe, aber es gibt so viele spannende Themen, die man nicht alle alleine bearbeiten kann. Wenn ich es also schaffe, meine Begeisterung für ein Thema und mein Wissen an jüngere Studentinnen und Studenten weiterzugeben, sodass sie die gleichen Erfahrungen machen können wie ich, dann ist das noch viel mehr wert.“

Gespannt, was die Zukunft bereithält

Eine Forscherin richtet ihre Gedanken natürlich in die Zukunft. Wann wird es selbstfahrende Autos geben, wann wird dieser oder jener Job durch Roboter ersetzt, und wann hat jeder seinen eigenen kleinen Haushaltsroboter zu Hause? All das beschäftigt auch Borrmann. „Deswegen bin ich immer noch genauso gespannt, wie damals in der 10. Klasse, was die Zukunft für uns noch bereithält.“


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