ESAs „flachster Boden in Europa“: Wie ORBIT in den Niederlanden Roboter und Menschen für das Leben ohne Schwerkraft trainiert
Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) veröffentlichte im Januar 2026 die Ergebnisse der Herbsttests in ihrem Orbital Robotics Laboratory (ORL) im niederländischen ESTEC, wo drei Studententeams aus Europa Technologien für zukünftige Weltraumaufgaben erprobten: autonomes „Kriechen“ eines Roboterarms über Konstruktionen, ein neurowissenschaftliches Experiment mit menschlichen Probanden und das Erfassen von Objekten mit einem Gecko-inspirierten Greifer.Die Tests wurden auf ORBIT durchgeführt, einer Plattform, die Schwerelosigkeit in zwei Dimensionen nachahmt: Ein System „schwebender“ Plattformen gleitet dank Luftlagern reibungsfrei über einen ultraflachen Boden. Eine solche Umgebung ermöglicht es, Steuerungsalgorithmen, Robotermechanismen und die Interaktion des Menschen mit der „Mikrogravitation“ auf der Erde zu überprüfen, bevor teure Hardware in den Orbit gelangt, wo Fehler den Verlust der Mission bedeuten können.
Was ist ORBIT und warum „Ebenheit“ entscheidend ist
ORBIT ist die zentrale Infrastruktur des ORL im technischen Zentrum ESTEC der ESA in Noordwijk. Die ESA beschreibt ihn als ultraflachen Boden mit einer Fläche von etwa 43 Quadratmetern (ca. 4,8 mal 9 Meter), wobei der Unterschied zwischen dem niedrigsten und dem höchsten Punkt weniger als einen Millimeter beträgt. In der technischen Beschreibung wird angegeben, dass die Gesamtabweichung der Ebenheit weniger als 0,8 Millimeter (mit Toleranz) und die maximale Neigung weniger als 0,3 Millimeter pro Meter beträgt, was dem Standard entspricht, der für eine zuverlässige „frei schwebende“ Dynamik ohne verdeckten Einfluss von Neigung oder Unebenheiten auf die Bewegung der Plattform erforderlich ist.
Auf ORBIT werden Plattformen mit Luftlagern eingesetzt: Ein Luftkissen erzeugt einen stabilen Luftspalt, der dünner als ein menschliches Haar ist, sodass sich die Plattform fast ohne Reibung bewegt, ähnlich wie bei einem Air-Hockey-Tisch. In der Praxis bedeutet dies, dass sich ein Instrument, ein Roboterarm oder ein Sitz mit einem menschlichen Probanden auf der Plattform so verhält, als befände er sich in der Schwerelosigkeit, jedoch beschränkt auf eine Ebene: zwei Translations- und eine Rotationsdimension. Zur Verifizierung der Bewegung ist ORBIT außerdem mit einem optischen Trackingsystem (VICON) ausgestattet, das Referenzdaten über Position und Geschwindigkeit von Objekten im Raum liefert, was wichtig ist, um das Verhalten von Algorithmen mit der „Wahrheit“ der Messungen zu vergleichen.
Die ESA nutzt ein solches Labor für ein breites Spektrum an Aktivitäten in der orbitalen Robotik sowie Führung, Navigation und Steuerung (GNC), einschließlich der Erforschung der aktiven Beseitigung von Weltraumschrott, der Wartung von Satelliten im Orbit und Visionen für den Zusammenbau großer Konstruktionen im Weltraum. Der Schlüssel liegt darin, dass Systeme, die im Orbit in der Nähe anderer Objekte mit sehr geringen Relativgeschwindigkeiten und ohne Bodenkontakt arbeiten müssen, auf der Erde in einer kontrollierten Umgebung realistisch überprüft werden können.
Ein Programm, das Studenten die Türen zu „echten“ Weltraumlaboren öffnet
Drei Projekte kamen über das ESA Academy Experiments Programme ins ORL, ein jährliches Bildungsprogramm für Studenten im Bachelor-, Master- und Promotionsstudium aus teilnahmeberechtigten Staaten. Die ESA betont, dass das Programm die Teams durch den gesamten Weg der Projektentwicklung führt – vom Konzept und Design bis hin zu Operationen und Datenanalyse – mit Schwerpunkt auf industriellen Ingenieurspraktiken, Projektmanagement, Risikominderung und Finanzierungsstrategien. Das Programm umfasst auch formale Phasen (vom Kennenlernen und der Ausbildung bis hin zu Konsultationen, Auswahl, Durchführung der Kampagne und Veröffentlichung der Ergebnisse).
Zusätzlich zum ORL öffnet sich das Programm je nach Ausgabe auch für andere Plattformen: von Parabelflügen und Falltürmen bis hin zu Zentrifugen, Experimenten auf der Internationalen Raumstation und Missionen wie dem Space Rider. In dem 2025 begonnenen Zyklus richtete die ESA einen Teil der Projekte gezielt auf Parabelflüge und das ORL aus. Nach der Evaluierung wurden fünf Teams ausgewählt – drei für das ORL und zwei für Mikrogravitationskampagnen im Flugzeug.
SKYWALKER: Ein Roboterarm, der lernt, seine eigene Basis zu „greifen“ und zu ziehen
Das dänische Team SKYWALKER von der Universität Aalborg kam ins ORL mit dem Fokus auf die autonome Bewegung eines Roboterarms in der Mikrogravitation unter Anwendung von bestärkendem Lernen (Reinforcement Learning). Die Idee ist einfach zu beschreiben, aber anspruchsvoll in der Ausführung: Der Roboter soll einen Stützpunkt an einer Konstruktion finden, sich daran festhalten und dann seine eigene schwebende Basis „nachziehen“, um sich an eine neue Position zu begeben. Heute werden solche „kriechenden“ Bewegungen von Robotern über Strukturen im Weltraum in der Regel vorab programmiert; Ziel ist es, nach Erklärungen der Teammitglieder zu zeigen, dass das System lernen und sich anpassen kann, was langfristig die Autonomie von Robotern bei Montage- und Wartungsaufgaben großer Weltraumstrukturen erhöhen würde.
Laut ESA wurde SKYWALKER im Februar 2025 im Rahmen des Programms ausgewählt, und die Testkampagne im ORL fand Ende September 2025 statt. Das Team platzierte im Labor den Roboterarm auf der schwebenden Plattform MANTIS, verband das System mit VICON und überprüfte anschließend zwei Algorithmen separat. Der erste Algorithmus sollte es dem Arm ermöglichen, den Greifpunkt selbstständig zu erkennen und sich zu „verankern“, während der zweite – technisch anspruchsvollere – die Bewegung von Arm und Basis koordinieren sollte, sodass sich die Plattform bewegt, während der Arm eingehakt ist.
Teammitglied Rasmus Kristiansen betonte, dass der erste Teil auf das autonome Finden und Greifen des Stützpunkts ausgerichtet war, während der zweite Teil – das Ziehen der Basis durch die Armbewegung – in der realen Laborumgebung Unterschiede zu Computersimulationen aufzeigte. Genau dieser „Zusammenstoß mit der Realität“ ist einer der Gründe, warum die ESA den Wert von ORBIT hervorhebt: Simulationen setzen oft ideale Bedingungen voraus, während im Labor Sensorbeschränkungen, Systemverzögerungen, mechanische Toleranzen und winzige Unterschiede in der Interaktion der Plattform mit dem Untergrund bestehen, die das erwartete Ergebnis „verzerren“ können.
Trotz Problemen mit dem zweiten Algorithmus gibt die ESA an, dass es dem Team gelang, die volle Sequenz des „Kriechens“ durch die Kombination von Arm- und Plattformbewegung zu demonstrieren, und dass die Studenten die Ursache der Abweichungen identifizierten und einen Plan für die Nachbesserung nach der Rückkehr an die Universität erstellten. Im offiziellen Rückblick der ESA wird auch erwähnt, dass das Projekt nach der Kampagne weiter voranschritt, einschließlich der Tatsache, dass ein kürzlich Absolvent die Arbeit am Projekt in Vollzeit übernahm, was für den Transfer studentischer Arbeit in eine seriösere Forschungs- und Entwicklungsrichtung spricht.
V-STARS: Das erste Experiment mit menschlichen Probanden auf ORBIT
Während SKYWALKER auf Roboterautonomie ausgerichtet war, öffnete das britische Team V-STARS (Birkbeck, University of London und University of Kent) ORBIT für Neurowissenschaften und Humanphysiologie. Die ESA gibt an, dass dies das erste ORBIT-Experiment war, an dem menschliche Probanden beteiligt waren, wobei der Fokus auf der Verbindung zwischen dem Vestibularsystem (dem für das Gleichgewicht entscheidenden Teil des Innenohrs) und der Wahrnehmung der Vertikalen unter Mikrogravitationsbedingungen lag.
Nach der Beschreibung des Teams nahmen insgesamt 22 Probanden an dem Experiment teil. Ein Teilnehmer sitzt auf einem Stuhl, der an einer schwebenden Plattform befestigt ist, trägt eine VR-Brille und hat kleine Elektroden hinter dem Ohr platziert. Die Plattform wird dann langsam in zufällige Richtungen über den ultraflachen Boden geschoben, während die Elektroden milde Signale senden, die das Vestibularsystem stimulieren. In der VR-Ansicht sieht der Teilnehmer eine einfache Linie, und die Forscher überprüfen das Empfinden der Vertikalität, indem sie den Probanden fragen, ob er die Linie als vollkommen senkrecht oder leicht geneigt sieht.
Das Schlüsselkonzept, auf dem V-STARS aufbaut, ist die vestibuläre stochastische Resonanz: ein Phänomen, bei dem kontrolliertes „Rauschen“ die Empfindlichkeit des Sinnessystems erhöhen kann. Das Team untersucht, ob ein solcher Ansatz die Wahrnehmung verbessern und potenziell die Anpassung an die Mikrogravitation beschleunigen kann, was bei Weltraummissionen mit der Sicherheit und Effizienz der Besatzung verbunden ist, insbesondere in den ersten Tagen des Aufenthalts im Orbit.
Die ESA gibt in einer separaten Veröffentlichung an, dass V-STARS im Februar 2025 ausgewählt wurde und das Team vor der Kampagne selbst ethische Genehmigungen im Vereinigten Königreich und die Autorisierung des medizinischen Ausschusses der ESA einholen musste. Die Kampagne dauerte laut ESA zwei Wochen, und es wurden mehr als 20 Teilnehmer getestet, wonach das Team an die Universitäten zurückkehrte, um die Ergebnisse zu analysieren.
Für das ORL war dies ein wichtiger organisatorischer Fortschritt: Das Labor, das traditionell mit Robotik und Systemen zum Erfassen/Warten von Satelliten verbunden ist, musste Verfahren einführen, die für die Arbeit mit Menschen geeignet sind, von Sicherheitsprotokollen bis hin zur Integration von Geräten wie VR-Systemen und der Stimulation des Vestibularsystems. Teammitglied Milena da Silva Baiao betonte, dass die Integration des Versuchs in eine neue Umgebung eine Herausforderung, aber auch eine wertvolle Erfahrung für die Studenten und das Laborteam war.
GRASP: Gecko-inspirierter „klebriger“ Greifer für nicht-kooperative Ziele
Das italienische Team GRASP von der Universität Sapienza in Rom kam ins ORL mit einem Problem, das in den Umlaufbahnen um die Erde immer wichtiger wird: Wie nähert man sich einem Objekt sicher an, das „nicht kooperiert“, und erfasst es, ohne ein unkontrolliertes Moment oder Abstoßung zu erzeugen. Solche Szenarien beinhalten Weltraumschrott, aber auch Satelliten, die gewartet, umgeleitet oder für eine kontrollierte Entfernung aus dem Orbit vorbereitet werden müssen.
GRASP ist die Abkürzung für Gecko Rendezvous Autonomous System and Pincher. Das Team, das laut ESA 14 Studenten verschiedener Profile (von Luft- und Raumfahrttechnik und Robotik bis hin zu künstlicher Intelligenz) vereint, entwickelte einen planaren Robotermanipulator mit „Tentakeln“ und Polstern aus einem Material, das die Gecko-Adhäsion nachahmt. In der Beschreibung der ESA wird angegeben, dass die Adhäsion auf mikroskopischen Strukturen basiert, die unter leichten Scherkräften Kontakt herstellen und Van-der-Waals-Kräfte entwickeln, ohne dass Klebstoff oder Vakuumsauger erforderlich sind, und mit der Möglichkeit der mehrfachen Aktivierung und Lösung.
In der Hauptveröffentlichung der ESA erklärt Teammitglied Stefano De Gasperin, dass ihr Experiment ein kleines Raumfahrzeug simulierte, das sich einem Objekt nähert und es mit einem tentakelartigen Greifer mit Adhäsionspolstern erfasst. Lorenzo Di Filippo gibt an, dass der Roboterarm auf einer schwebenden Plattform montiert war, während das Ziel – in der Demonstration als gelbes Objekt beschrieben – auf einer anderen war. Zuerst sollte das System das Ziel autonom finden und sich unter Verwendung von Sensoren auf der Plattform selbst nähern, und dann wickelten sich die „Tentakel“ um das Objekt und zogen es näher, was die Anfangsphase des Erfassens im Orbit nachahmte.
Im Gegensatz zu SKYWALKER, wo die Hauptgeschichte der Übergang des Algorithmus von der Simulation zur Hardware war, musste GRASP auch die Mechanik der Berührung optimieren: Wie viel Kraft darf angewendet werden, wie vermeidet man, dass das Ziel weggestoßen wird, und wie misst man den Erfolg des Griffs. Die ESA gibt im Bericht über die Kampagne an, dass die Tests im November 2025 stattfanden und das Team neben Hardware-Herausforderungen auch Schnittstellen und die Netzkommunikation im Labor verwalten musste. Trotzdem wurden die geplanten Tests durchgeführt, und die Ergebnisse des Greifers wurden als ermutigend bewertet, obwohl die Effizienz je nach Zieltyp variierte, was für Technologie in einer frühen Entwicklungsphase zu erwarten ist.
Weiterer Kontext: Vom „flachen Boden“ zu komplexen Missionen im Orbit
Obwohl ORBIT auf den ersten Blick wie ein Laborboden und ein paar Plattformen aussieht, die „gleiten“, besteht seine Rolle darin, drei Ebenen der Überprüfung zu verbinden: Theorie und Simulation, Bodentests mit realistischen Einschränkungen und schließlich die Anwendung im Weltraum. Im Bereich der orbitalen Robotik, wo präzise Manöver in der Nähe anderer Objekte durchgeführt werden, kann jeder Millimeter und jede Millisekunde Verzögerung entscheidend sein.
Vergleichsweise wächst das Interesse an Technologien wie dem autonomen „Kriechen“ über große Konstruktionen mit den Plänen für immer größere Systeme im Orbit: von Serviceplattformen bis hin zu Konstruktionen, die im Weltraum zusammengebaut würden, wo die Dimensionsbeschränkung von Raketenstarts eines der Hauptingernisse ist. In diesem Sinne ist das Ziel von SKYWALKER – ein Roboter, der sich selbstständig über eine Struktur bewegt – nicht nur eine akademische Übung, sondern ein potenzieller Baustein für zukünftige Montage- und Wartungssysteme.
Auf der anderen Seite zielt der Adhäsionsgreifer von GRASP auf ein Problem ab, das die Weltraumgemeinschaft bereits heute belastet: die wachsende Menge an Schrott und die Notwendigkeit des zuverlässigen Erfassens nicht-kooperativer Objekte. Das ORL ist laut den Beschreibungen der ESA eines der Labore, in denen solche Mechanismen unter realistischen Bedingungen des „freien Schwebens“ überprüft werden können, bevor über Demonstrationen im Orbit nachgedacht wird.
V-STARS zeigt hingegen, dass ein „Mikrogravitations-Analog“ auch für den Menschen genutzt werden kann: Wie ändern sich Wahrnehmungsstrategien, wenn sich der Körper nicht auf die Schwerkraft als ständigen Referenzrahmen verlassen kann. Bei bemannten Missionen ist dies eine Frage, die in den Bereich der Arbeitssicherheit und der operativen Effizienz fällt, von der Bewegung durch ein Modul bis hin zur Ausführung präziser Aufgaben in den ersten Flugtagen.
„Kreative Ideen werden Wirklichkeit“: Was die ESA als Ergebnis hervorhebt
Der Leiter des ORL, Marti Vilella, erklärte im Rückblick der ESA auf die Kampagne, dass er im Labor sehe, wie Studenten mit kühnen Konzepten kommen und gehen, nachdem sie selbst ein ehrgeiziges und einzigartiges Ergebnis erzielt haben. In seinen Worten sind solche Projekte nicht nur ein technologischer Fortschritt, sondern auch ein Sprungbrett für berufliche Karrieren.
Programmkoordinatorin Laura Borella betonte, dass das ESA Academy Experiments Programme die Teams vom Konzept und Design bis zum Testen und der Ausführung in fortschrittlichen Einrichtungen im Zusammenhang mit der Gravitationsforschung begleitet, mit ständiger Betreuung durch ESA-Experten. Sie hob besonders hervor, dass das Programm nicht nur für STEM-Fächer geschlossen ist, sondern Studenten verschiedener Profile offensteht – von Design und Psychologie bis hin zu Kommunikation und Wirtschaft –, da Interdisziplinarität oft die Nutzbarkeit, Qualität und Reichweite von Projekten verbessert.
Für die ESA ist dies auch ein Weg, frische Ideen in einer realen Umgebung zu testen, aber auch eine neue Generation von Ingenieuren und Forschern zu schaffen, die verstehen, wie Weltraumprojekte entwickelt, dokumentiert und durch Risiken geführt werden. Und für die Studenten ist ORBIT dieser seltene Ort, an dem der Unterschied zwischen „es hat in der Simulation funktioniert“ und „es funktioniert auf Hardware“ sofort sichtbar wird – und wo er mit Mentoring in den nächsten Entwicklungsschritt umgewandelt werden kann.
Quellen:- Europäische Weltraumorganisation (ESA) – Bericht über drei Studententeams auf ORBIT und Beschreibung der Experimente ( link )- ESA – technische Beschreibung „Orbit Flatfloor“ (Abmessungen, Ebenheitstoleranzen, VICON-System und Zwecke) ( link )- ESA – Seite des Orbital Robotics Laboratory (ORL) im Rahmen des ESA Academy Experiments Programme (Beschreibung der Möglichkeiten und Mikrogravitationssimulationen) ( link )- ESA – „About the ESA Academy Experiments programme“ (Phasen des Programms und Plattformen) ( link )- ESA – „SKYWALKER tests robotic crawling at ESTEC“ (Details der Kampagne Ende September 2025 und Beschreibung von zwei Algorithmen) ( link )- ESA – „V-STARS pioneers neuroscience at ESA’s Orbital Robotics Lab“ (Genehmigungen, Kampagnendauer und Beschreibung der Aufgabe in VR) ( link )- ESA – „Gripping the Future: Students Test Gecko-Inspired Robotic Arm…“ (Kampagne im November 2025 und Greifergebnis) ( link )
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Erstellungszeitpunkt: 4 Stunden zuvor