Die Erkundung des Mondes stellt die Robotik vor Herausforderungen, die sich grundlegend von allem unterscheiden, was wir auf der Erde kennen. Während sich humanoide Roboter mittlerweile an Kletterstangen entlanghangeln und vierbeinige Maschinen über Parkour-Hindernisse springen, braucht es für die extremen Bedingungen extraterrestrischer Umgebungen völlig andere Lösungsansätze. Ein Team der Texas A&M University verfolgt dabei einen Ansatz, der auf den ersten Blick unkonventionell erscheint: einen aufblasbaren Roboterball, der in die tiefsten und unzugänglichsten Mondkrater hineinrollen soll.

Das Problem der lunaren Topografie

Der Shackleton-Krater am Südpol des Mondes ist ein 21 Kilometer breiter und 4 Kilometer tiefer Einschlagkrater, der für die Wissenschaft besonders interessant ist. In seinen Tiefen existieren Regionen, die niemals von Sonnenlicht erreicht werden – sogenannte permanent beschattete Regionen. Bei Temperaturen von bis zu minus 240 Grad Celsius lagern dort womöglich Wassereis und geologische Schichten, die Aufschluss über die frühe Geschichte unseres Sonnensystems geben könnten.

“Der Mond ist wie ein Archiv dessen, was mit der Erde geschehen ist”, erklärt Sara Russell, kosmische Mineralogin am Natural History Museum in London. Doch genau diese wissenschaftlich wertvollsten Regionen sind für herkömmliche Rover-Systeme praktisch unerreichbar. Die steilen Abhänge, das unebene Terrain und die extremen Temperaturschwankungen zwischen sonnenbeleuchteten und beschatteten Bereichen – von über 93 Grad Celsius bis minus 240 Grad Celsius – machen jede Mission zu einem riskanten Unterfangen.

Die Grenzen traditioneller Rover-Systeme

Konventionelle Rover wie die Mars-Fahrzeuge der NASA haben sich auf relativ flachem Terrain bewährt, stoßen bei extremen Steigungen jedoch an ihre Grenzen. Das Risiko eines Umkippens ist besonders in der geringen Mondgravitation erheblich. Seile oder Kabel zur Sicherung würden die Reichweite drastisch einschränken. Für bemannte Missionen kommen solche Krater ohnehin nicht infrage: “Die NASA wird niemals Astronauten in die Nähe dieser Krater lassen, denn wenn jemand hineinfällt, bekommt man ihn nicht mehr heraus”, erklärt Rishi Jangale, Doktorand an der Texas A&M University.

Die NASA hat zwar bereits kleinere, an Seilen befestigte Rover für Kraterforschung entwickelt, doch deren Bewegungsfreiheit bleibt stark limitiert. Ein völlig anderer Ansatz war gefragt – und dieser sollte buchstäblich rund sein.

RoboBall: Ein radikal einfacher Ansatz

Das Konzept des RoboBall stammt ursprünglich von Robert Ambrose, einem ehemaligen NASA-Robotikingenieur, der die Grundidee bereits 2003 entwickelte. Die Überlegung ist bestechend einfach: Was könnte besser einen Abhang hinunterrollen als eine Kugel? Ein sphärischer Roboter kann nicht umkippen – ein fundamentaler Vorteil gegenüber allen radgetriebenen oder beinbasierten Systemen.

Der aktuelle Prototyp RoboBall III misst 1,8 Meter im Durchmesser und wiegt 150 Kilogramm. Seine aufblasbare Hülle schützt die inneren Komponente vor scharfen Felsen, Staub und den extremen Temperaturschwankungen. Die Konstruktion ist bewusst minimalistisch gehalten: Sie kommt mit lediglich zwei Aktuatoren aus – beide vollständig im Inneren der Schutzhülle untergebracht und damit vor Umwelteinflüssen geschützt.

“Die Schönheit liegt hier in der Einfachheit”, kommentiert Hiro Ono, ein Luft- und Raumfahrtingenieur, der 13 Jahre lang am Jet Propulsion Lab der NASA an Robotermobilität arbeitete. In der Weltraumrobotik bemisst sich Einfachheit an der Anzahl der beweglichen Teile und Antriebe – und bei RoboBall sind es eben nur zwei.

Steuerung durch Massenverlagerung

Das Bewegungsprinzip des RoboBall basiert auf einem innen angebrachten Pendel. Durch Verschiebung dieses Pendels verlagert sich der Massenschwerpunkt der gesamten Kugel. Zeigt der Pendelarm nach vorne, rollt die äußere Hülle nach vorne, um auszugleichen. Solange das Pendel den Massenschwerpunkt vor dem Kugelmittelpunkt hält, rollt der Ball kontinuierlich vorwärts. Durch seitliche Neigung des Pendels lässt sich die Richtung steuern.

“Der Roboter will dorthin, wo das Pendel hinzeigt”, beschreibt Jangale das intuitive Prinzip. Bei Gefällstrecken kann der Ball seine Geschwindigkeit kontrollieren, indem das Pendel bergauf geneigt wird – eine Art mechanische Bremse. Die Hülle ist dabei gerade weich genug, um über Hindernisse zu federn, aber durch leichten Überdruck auch stabil genug, um ihre Form zu halten.

Das 2,5-fach verstärkte Antriebsmoment der neuesten Version erlaubt es dem Ball, sich über kleine Hindernisse zu katapultieren und Steigungen von bis zu 20 Grad zu bewältigen.

Feldtests im texanischen Steinbruch

Im Februar testete das Team den RoboBall in einem Steinbruch in Zentraltexas – etwa 370.000 Kilometer vom Mond entfernt, aber mit vergleichbar rauem Terrain. Der Ball rollte mühelos über Felsen, Schotter und feuchten Lehm. Die Fernsteuerung erwies sich als zuverlässig, und die wichtigsten Funktionen wurden validiert.

Die Tests beinhalteten auch einen entscheidenden Aspekt für eine echte Mondmission: das Zurückbefördern von Proben. Da der Ball nicht wieder aus dem Krater herausrollen würde, setzt das Konzept auf kleine Raketen, die aus dem Inneren des Balls heraus Probencontainer zum Rand des Kraters schießen können, wo ein Rover sie einsammelt. Diese Raketenstarts wurden im Steinbruch erfolgreich simuliert.

Während in der terrestrischen Robotik der Trend eindeutig zu komplexeren, vielseitigeren Systemen geht – humanoide Roboter, die sich wie Menschen bewegen, oder hochentwickelte Vierbein-Roboter mit adaptiver Geländeerkennung – verfolgt RoboBall die entgegengesetzte Philosophie: radikale Spezialisierung durch Vereinfachung.

Diese Strategie steht im Kontrast zu jüngsten Entwicklungen wie dem “UnifoLM-WLA-1.0” von Unitree, einem verkörperten Grundlagenmodell, das mit einem einzigen KI-System sowohl Desktop- als auch Ganzkörper-Manipulation koordiniert. Oder zu den Fortschritten der ETH Zürich, wo humanoide Roboter lernen, sich an Kletterstangen entlangzuhangeln – eine beeindruckende Leistung, die aber unter Weltraumbedingungen wenig praktikabel wäre.

Der RoboBall ist definitiv nicht für alle Missionen geeignet. Seine etwas taumelnde Fortbewegung macht präzise Probenentnahmen an spezifischen Gesteinsformationen schwierig. Doch für die breite Erkundung extremer Umgebungen, in denen Robustheit und Überlebensfähigkeit wichtiger sind als Präzision, könnte das Konzept überlegen sein.

Technische Herausforderungen vor dem Mondstart

Der aktuelle Prototyp kostete etwa 250.000 Dollar, ist aber noch nicht mondtauglich. Während einige Komponenten wie die goldbehandelten Aluminiumteile bereits raumfahrtgeeignet sind, müssen andere Materialien noch ersetzt werden. Die Hülle besteht aus einem Material, das Stahlsplitter überrollen und Temperaturen bis minus 184 Grad Celsius überstehen kann – aber die extremen Mondbedingungen wurden noch nicht getestet.

Weltraumtaugliche Elektronik ist deutlich teurer als terrestrische Hardware. Zudem arbeitet das Team daran, dem Ball autonome Anpassungsfähigkeit an wechselnde Gefälle zu verleihen. Bisher wird er ferngesteuert, doch bei echten Mondmissionen mit Signallaufzeiten von mehreren Sekunden wäre mehr Autonomie erforderlich.

Ausblick: Ein neues Testgelände und der Weg zum Mond

Später in diesem Jahr eröffnet die Texas A&M University in Houston eine neue Einrichtung mit der weltweit größten Indoor-Simulation von Mond- und Marslandschaften. Nur 190 Kilometer von Jangales Steinbruch entfernt, wird diese Anlage detailliertere Tests unter kontrollierteren Bedingungen ermöglichen.

Das Team hofft auf Zusammenarbeit mit Raumfahrtbehörden oder privaten Raumfahrtunternehmen, um das Design weiter zu verfeinern. Die Vision ist klar: Ein einfacher, robuster Roboter, der dorthin gelangt, wo komplexere Systeme scheitern würden.

“Der Roboter ist nicht die Mission”, betont Jangale. “Der Roboter ist ein Werkzeug, um die Mission zu erfüllen.” Diese Philosophie könnte wegweisend sein für eine neue Generation von Weltraum-Robotern, die nicht versuchen, terrestrische Fähigkeiten nachzuahmen, sondern radikal auf ihre spezifische Aufgabe optimiert sind. In den permanent beschatteten Kratern des Mondes könnte genau diese Einfachheit den entscheidenden Unterschied machen.