Roboter und KI im Katastrophenschutz

Humanoide Roboter als Unterstützer bei Unwetterkatastrophen

Jon Steinke, Kjell Dunka

In den letzten Jahrzehnten hat sich der Katastrophenschutz rasant weiterentwickelt. Von einfachen Notfallplänen in den 1950er Jahren haben wir uns zu hochentwickelten Technologien vorgearbeitet. Diese Fortschritte sind entscheidend, um Verluste zu minimieren, die Resilienz zu fördern und nachhaltige Entwicklung zu unterstützen. Der Einsatz von Robotik und KI spielt hierbei eine zentrale Rolle und revolutioniert die Art und Weise, wie auf Katastrophen reagiert wird.

Moderne Technologien wie Drohnen, KI, Digital Twins, 3D-Druck und Blockchain haben den Katastrophenschutz revolutioniert. Drohnen verbessern Frühwarnsysteme und unterstützen bei der Infrastruktur und Evakuierung. KI ermöglicht präzise Entscheidungen in Notfällen, während Digital Twins Simulationen und prädiktives Handeln erlauben. 3D-Druck liefert schnell benötigte Materialien, und Blockchain sorgt für sichere, transparente Transaktionen und Datenmanagement. Besonders lassen sich auch für den wachsenden Bereich der humanoiden Robotik immer mehr Anwendungsfälle entdecken.

Bereits heute kommen spezialisierte Roboter wie zum Beispiel der “Trackreitar” von Leotronics, ausgestattet mit KI, um Evakuierungsrouten zu lernen und verletzte Personen zu transportieren, zum Einsatz. Roboter von zum Beispiel Boston Dynamics, wie „Spot“, sind innerhalb weniger Minuten einsatzbereit und können mehrere Kilogramm an Ausrüstung über eine Reichweite von einem Kilometer tragen. Diese Roboter sind besonders nützlich für Inspektionen und die Überwachung von Infrastruktur, um sicherzustellen, dass keine weiteren Gefahren bestehen. Zusammen mit Systemen wie RapidSOS, die Echtzeit-Daten an Ersthelfer senden, und Plattformen wie Everbridge, die automatisierte Warnungen und Aufgabenkoordinierung ermöglichen, wird der Katastrophenschutz der Zukunft sowohl effizienter als auch sicherer gestaltet. Bereits vorhandene humanoide Roboter wie der Figure01 sind in der Lage, komplexere Aufgaben eigenständig zu lösen. Ein zukünftiger Einsatz von humanoiden Robotern im Katastrophenschutz könnte dementsprechend auf diesen Technologien aufbauen und erweitert wie folgt aussehen:

Spezifikationen:

• Profil: Katastrophenschutz-Humanoider Roboter
• Name: Rescue-X
• Höhe: 1,83 Meter
• Gewicht: 113 Kilogramm
• Material: Robuster Metallrahmen mit schützendem und wasserdichtem Gehäuse

Hauptfunktionen:

• Such- und Rettungseinsätze:
• • Überlebende mit Thermobildgebung und akustischen Sensoren lokalisieren.
  • Trümmer räumen, um eingeschlossene Personen zu erreichen.
  • Sofortige medizinische Hilfe leisten und Überlebende in sichere Zonen transportieren.
• Katastrophenreaktion:
• • Strukturelle Schäden überwachen und bewerten.
  • Eindämmungsmaßnahmen bei chemischen Unfällen ergreifen.
  • Unterstützung bei der Reparatur und Wartung kritischer Infrastrukturen.
• Umweltüberwachung:
• • Kontinuierliche Datenerfassung und Analyse der Umweltbedingungen.
  • Vorhersage und Warnung vor potenziellen sekundären Gefahren wie Erdrutschen oder Überschwemmungen.
• Öffentliche Kommunikation:
• • Echtzeit-Updates und Sicherheitshinweise in öffentlichen Bereichen bereitstellen.
  • Evakuierungen erleichtern und Personen in Sicherheit führen.
• Zentralisierte Missionsplanung und -ausführung (GuardOS):
• • Einsatz humanoider Roboter über mobile Kommunikationszentralen mit zentralisiertem KI-System.
  • KI optimiert Verwaltung und Koordination durch Echtzeitanalysen und datengetriebene Entscheidungen.
  • Kontinuierliche Überwachung von Leistung und Zustand der Roboter, präventive Wartungsplanung.

GuardOS

Deutschland wird zunehmend von schweren Unwettern mit Stürmen, Starkregen, Überschwemmungen, Erdrutschen und Schlammlawinen heimgesucht. Der Rescue-X Roboter spielt eine entscheidende Rolle bei der Frühwarnung, Überwachung und Bewältigung solcher Ereignisse. Er kann temporäre Barrieren errichten, Inspektionen und Wartungen an Deichen durchführen sowie bei der Evakuierung von Bewohnern helfen. Nach den Unwettern erstellt er hochauflösende Karten der Schäden und unterstützt bei der Wiederherstellung von Versorgungseinrichtungen. In betroffenen Regionen sucht er unter Trümmern nach Überlebenden, räumt Schutt und inspiziert Gebäude auf strukturelle Schäden.

Funktionen:

• Frühwarnung und Überwachung:
• • Echtzeitdaten durch meteorologische Sensoren und KI ermöglichen die frühzeitige Erkennung von Unwetterereignissen und einen präventiven Einsatz des Roboters.
• Flutprävention und -management:
• • Errichtung temporärer Barrieren zur Flutabwehr.
  • Inspektion und Wartung von Deichen sowie Einsatz von Werkzeugen zur Verhinderung von Überschwemmungen.
• Erdrutsch- und Schlammlawinenbewältigung:
• • Such- und Rettungseinsätze mit Bodendurchdringungsradar und Thermobildkameras.
  • Schuttbeseitigung durch starke Manipulationsfähigkeiten, die kontinuierliches Arbeiten ermöglichen.
  • Bereitstellung von Echtzeitdaten an Hilfskräfte und Rettungsteams.
• Notfallhilfe und Evakuierung:
• • Unterstützung bei der Evakuierung von Bewohnern aus gefährdeten Gebieten.
  • Navigation durch überflutete Straßen und Bereitstellung von Transportmöglichkeiten zu sicheren Zonen.
  • Sicherstellung sicherer Evakuierungsrouten nach Erdrutschen.
• Schadenserfassung:
• • Erstellung hochauflösender Karten der Schäden an Infrastrukturen, Gebäuden und öffentlichen Einrichtungen zur Priorisierung von Reparaturen.
• Wiederherstellung von Versorgungseinrichtungen:
• • Unterstützung der Reparatur von Stromleitungen, Wasserrohren und Kommunikationsnetzwerken zur schnellen Wiederherstellung der Grundversorgung.
  • Unterstützung beim Bau von Notunterkünften und Reparatur beschädigter Infrastrukturen.
• Medizinische Hilfe:
• • Lieferung medizinischer Vorräte, telemedizinische Unterstützung und Durchführung grundlegender Erste-Hilfe-Maßnahmen.
• Kommunikation und Koordination:
• • Mobile Kommunikationszentralen ermöglichen die Aufrechterhaltung der Verbindung zwischen verschiedenen Einsatzteams und sorgen für einen koordinierten Einsatz der Roboter

Der Rescue-X Roboter stellt so eine multifunktionale Lösung dar, die maßgeblich zur Bewältigung von Unwetterkatastrophen und zum Schutz der Infrastruktur in Deutschland beiträgt.

Der Einsatz von humanoiden Robotern im Katastrophenschutz bringt erhebliche Vorteile mit sich. Es erhöht die Sicherheit, verbessert die Effizienz und ermöglicht eine bessere Ressourcennutzung. Gleichzeitig bestehen Herausforderungen wie hohe Entwicklungskosten, technologische Beschränkungen, rechtliche Einschränkungen und die Notwendigkeit einer benutzerfreundlichen Handhabung. Die kontinuierliche Weiterentwicklung und Integration dieser Technologien werden jedoch die Effektivität des Katastrophenschutzes weiter steigern.

Nutzen:

• Erhöhte Sicherheit: Roboter reduzieren das Risiko für menschliche Retter, indem sie gefährliche Aufgaben übernehmen und in gefährlichen Umgebungen operieren.
• Verbesserte Effizienz: Roboter können rund um die Uhr arbeiten, ohne zu ermüden, und dadurch Rettungs- und Wiederherstellungsoperationen beschleunigen.
• Bessere Ressourcennutzung: Präzise und Echtzeitdaten ermöglichen eine effektive Ressourcenzuweisung und Priorisierung der Rettungs- und Wiederherstellungsarbeiten.

Herausforderungen:

• Technologische Beschränkungen: Es besteht ein ständiger Verbesserungsbedarf bei der Mobilität, Geschicklichkeit, Sensorverarbeitung und Kommunikationszuverlässigkeit der Roboter.
• Hohe Entwicklungskosten: Die Entwicklung und Wartung von Robotern sind teuer, und es besteht Bedarf an kosteneffizienten Lösungen.
• Rechtliche Bedingungen: Die Verwendung humanoider Roboter im Katastrophenschutz erfordert strikte Einhaltung rechtlicher Vorschriften und strenge Datenschutzmaßnahmen zum Schutz der Sicherheit und Privatsphäre.
• Ethik und Nutzerfreundlichkeit: Der Einsatz der Roboter erfordert intuitive Schnittstellen und umfassende Schulungen für Einsatzkräfte sowie eine umfangreiche Optimierung der Mensch-Maschinen-Kollaboration im Bezug auf ethische Aspekte.

Die Zukunft des Katastrophenschutzes liegt in der nahtlosen Mensch-Roboter-Kollaboration. Fortschritte in KI und maschinellem Lernen werden die Fähigkeiten und Effizienz von humanoiden Robotern weiter verbessern. Technologien wie Nvidia Earth-2, ein digitaler Zwilling unseres Planeten, ermöglichen präzise Klima- und Wettervorhersagen und unterstützen die Katastrophenplanung. Drohnen mit erweiterten Sensoren und autonomen Navigationssystemen liefern Echtzeitdaten aus schwer zugänglichen Gebieten. Die 5G-Technologie verbessert die Kommunikation in Krisensituationen durch hohe Bandbreite und geringe Latenz. Exoskelette erhöhen die physische Leistungsfähigkeit von Rettungskräften, während AR- und VR-Trainingsprogramme die Vorbereitung auf reale Szenarien verbessern. Diese Technologien zusammen revolutionieren den Katastrophenschutz und erhöhen die Effizienz. Gleichzeitig müssen ethische Überlegungen wie der verantwortungsvolle Einsatz von Robotern und die Vermeidung von Missbrauch und Voreingenommenheit berücksichtigt werden, um einen positiven gesellschaftlichen Einfluss sicherzustellen und nachhaltig Leben zu retten.

Disclaimer:

Während der Vorbereitung und Erstellung dieser Arbeit haben die Autoren ChatGPT Version 4o von OpenAI für Formulierungen, Textarbeiten und Generierung von Bildern mittels DALLE3, sowie Firefly Image 3 von Adobe für die Bildgenerierung verwendet. Nach der Nutzung dieser Tools haben die Autoren den Inhalt nach Bedarf überprüft und bearbeitet und übernehmen die volle Verantwortung für den Inhalt der Veröffentlichung.

• OpenAI. (2024) ChatGPT DALL-E (Version 3). Verfügbar unter: https://chatgpt.com/
• Adobe (2024) Firefly Image (Version 3). Verfügbar unter: https://firefly.adobe.com

Boston Dynamics (2024)

Safety & Response Solutions, Zugriff am 10.05.2024 von: https://bostondynamics.com/solutions/safety/

Leotronics (2024)

Trackreitar, Zugriff am 10.05.2024 von: https://leotronics.eu/de/verfolgte-roboter-trackreitar/uebersicht-trackreitar

RapidSOS (2024)

Zugriff am 11.05.2024 von: https://rapidsos.com/

Fraunhofer-Institut (2024)

Haberland, C., Digitalisierung in der Gefahrenabwehr, Zugriff am 10.05.2024 von: https://www.fkie.fraunhofer.de/de/advanced-solutions/2022-01.html

Figure AI (2024)

Zugriff am 12.05.2024 von: https://www.figure.ai/

Everbridge (2024)

Zugriff am 12.05.2024 von: https://www.everbridge.com/

Engelien (2024)

Engelien, M.: Figure 01: Dieser Roboter redet so menschlich, dass es erschreckend ist, 15.03.2024, Zugriff am 15.05.2024 von: https://t3n.de/news/figure-01-roboter-menschliche-stimme-1613917/

Khan, S. M., Shafi, I., Butt, W. H., Diez, I. d. l. T., Flores, M. A. L., Galán, J. C., & Ashraf, I. (2023)

A systematic review of disaster management systems: Approaches, challenges, and future directions. Land, 12(8), 1514. 

https://doi.org/10.3390/land12081514

Maiti, M., & Kayal, P. (2024)

Exploring innovative techniques for damage control during natural disasters. 

Journal of Safety Science and Resilience, 5(2), 147–155.

https://doi.org/10.1016/j.jnlssr.2024.02.004

Linnerooth-Bayer, J., & Hochrainer Stigler, S. (2014)

Financial instruments for disaster risk management and climate change adaptation. Climatic Change, 133, 116.

https://doi.org/10.1007/s10584-013-1035-6

Abbildung 1

https://desdemonadespair.net/2024/02/aon-number-of-billion-dollar-disasters-in-2023-highest-on-record-severe-convective-storms-were-the-most-damaging-peril-for-insurers/

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