Robotergestütze Untersuchung von USBV – das Projekt DURCHBLICK im Interview

»Sprengstoff oder Seife?« – Forscherinnen und Forscher am Fraunhofer EMI arbeiten an bildgebenden Verfahren zur Untersuchung potenziell gefährlicher Objekte

Im Gespräch mit Dr. Stefan Moser und Victoria Heusinger

Im Rahmen des zweijährigen, deutsch-österreichischen Forschungsprojekts DURCHBLICK arbeiten Dr. Stefan Moser und Victoria Heusinger an der robotergestützten Untersuchung unkonventioneller Spreng- und Brandvorrichtungen (USBV).

© Fraunhofer EMI

Im Gespräch zum Projekt DURCHBLICK mit Dr. Stefan Moser (Zweiter von links) und Victoria Heusinger (Dritte von links).

Was sind Inhalte und Ziele des Projekts DURCHBLICK?

Moser: Im bilateralen Projekt DURCHBLICK geht es um den robotergestützten Einsatz von Sensortechnologien für Einsatzkräfte zur Untersuchung von potenziellen Gefahrenquellen. Hintergrund sind die zunehmende Verbreitung von Anleitungen zur Herstellung unkonventioneller Spreng- und Brandvorrichtungen (USBV) im Internet und sich häufende Vorfälle, in denen beispielsweise Bahnhofshallen wegen verdächtiger Objekte gesperrt werden müssen. Die möglichen Sensortechnologien zur Untersuchung dieser Objekte sind zum Teil noch nicht in robotergestützter Form für Einsatzteams per Fernsteuerung verwendbar. Durch die Integration der Technologien auf einen Roboter erhalten die Entschärferteams ein besseres Werkzeug zur Einschätzung der Gefahrenlage. Das EMI koordiniert dieses deutsch-österreichische Forschungsprojekt und bearbeitet gleichzeitig eigene Forschungsinhalte. Ich bin der Koordinator, Victoria Heusinger EMI-Projektleiterin unserer Arbeiten.

Es geht also nicht ums Entschärfen, sondern darum, wie man Informationen über verdächtige Objekte erhält?

Moser: Genau. Wir arbeiten daran, die Möglichkeiten der Datengenerierung und -verarbeitung zu verbessern, damit die Entschärferteams eine möglichst gute Datenbasis zur Verfügung haben und das weitere Vorgehen planen können.

Heusinger: Wichtig ist, dass diese Daten im Nachhinein auch als forensisches Mittel dienen können, um potenzielle Täter zu ermitteln.

Zum Namen DURCHBLICK: Wo sieht man durch, und was bekommt man zu sehen?

Heusinger: Man möchte vor allem in verdächtige Gegenstände hineinblicken, um den Verdacht einer sprengtechnisch ausgehenden Gefahr gegebenenfalls zu bestätigen. Ein typisches Beispiel ist das auffällige Gepäckstück an Bahnhof oder Flughafen, das für die Umgebung als potenziell gefährlich eingestuft wird. Es müssen genaue Informationen erhoben werden, ob ein potenziell gefährlicher Stoff – sei es ein pyrotechnischer Sprengkörper oder eine Bombe – im Objekt vorliegt und wie dieser platziert ist. Die Herausforderung dabei ist, die Sprengladung zu identifizieren und von Tarnladung zu unterscheiden.

Was sind dabei Ihre Arbeitsinhalte?

Moser: Wir wollen verschiedene Technologien für den robotergestützten Einsatz nutzbar machen. Im deutschen Teil des Konsortiums beschäftigen wir uns mit den bildgebenden Verfahren Röntgenrückstreutechnologie und Gammakamera. Unsere österreichischen Kollegen untersuchen die chemischen Analysemethoden verdächtiger Objekte. Die durch uns betrachteten Technologien sind nicht neu, wurden aber nicht für den Robotergebrauch konzipiert. Hier sind wir mit etlichen Herausforderungen konfrontiert – von Engineering-Aspekten zur Integration der Komponenten und der Bedienung des Geräts über die Planung der Softwareschnittstellen bis hin zur Darstellung der gewonnenen Daten.

Heusinger: Die Technologien selbst werden von unseren Technologiepartnern so weiterentwickelt und angepasst, dass sie für den Einsatzzweck nutzbar werden. Auch für die Hardwareintegration an den Roboter haben wir einen KMU-Partner. Das Hauptaugenmerk des EMI liegt auf der Datenbearbeitung, insbesondere der Datenfusion. Wir beschäftigen uns mit der Messplanung, der Leitung der Messkampagnen und erarbeiten zusammen mit den KMU die Softwareschnittstellen.

© Fraunhofer EMI

Victoria Heusinger, EMI-Projektleiterin, beschreibt mögliche Szenarien.

Warum und wie wird die Röntgenrückstreuung für Ihr Projekt zum Einsatz gebracht?

Moser: Für das gängige Transmissionsröntgen benötigt man einen beidseitigen Zugang, um die Röntgenquelle vor und den Detektor hinter dem Objekt zu platzieren. Bei unseren Untersuchungsobjekten ist das oft nicht möglich: Ein Gepäckstück steht in einer Ecke oder liegt flach auf dem Boden. Bei der Röntgenrückstreuung wird ein Objekt auch mit Röntgenstrahlung beleuchtet, nur wird der Detektor nicht hinter dem Objekt, sondern auf derselben Seite wie die Strahlungsquelle angebracht. Ein eng fokussierter Röntgenstrahl, »Nadelstrahl«, tastet das Objekt ab. Er dringt bis zu einem bestimmten Punkt in das Objekt ein und wird – abhängig von dem vorliegenden Material – absorbiert oder gestreut. Das heißt, er wird mit einer geringeren Energie in eine andere Richtung gelenkt und tritt wieder aus dem Objekt aus, auch zurück in Richtung Quelle und Detektor. So baut sich Zeile für Zeile ein Bild auf, das die Menge der rückgestreuten Strahlung je bestrahltem Punkt widerspiegelt. Trifft der Strahl beispielsweise auf organische Stoffe (Wasser, Nahrung, aber auch Sprengstoff), wird die Strahlung stark zurückgestreut, bei metallischen Stoffen hingegen stark absorbiert. Mit dieser Technologie werden also organische Stoffe besonders gut sichtbar.

Wie helfen weitere Technologien?

Moser: Der Clou ist, dass sich die unterschiedlichen Sensortechnologien ergänzen. So macht das klassische Transmissionsröntgen stark absorbierende Materialien, wie einen potenziellen Zünder, sichtbar und die Röntgenrückstreuung organische, wie Sprengstoff.

Heusinger: Hieraus kann aber noch nicht gesagt werden, ob das organische Material nun wirklich Sprengstoff oder doch nur Seife ist. Für die weitere Untersuchung kann die chemische Analyse unserer österreichischen Kolleginnen und Kollegen eingesetzt werden.

Moser: Mithilfe der Gammakamera könnte man zudem ortsaufgelöst radioaktive Stoffe detektieren. Auch auf solche Szenarien muss man sich leider einstellen.

Inwiefern können Sie auf Expertise aus dem EMI zurückgreifen?

Moser: Das EMI beschäftigt sich schon sehr lange mit Röntgentechnologie, im Speziellen mit Methoden, aus wenigen Informationen – den Röntgenbildern – möglichst viel über das untersuchte Objekt zu lernen. Ob bei Containeruntersuchung im Projekt ECSIT, Arbeiten zur Flughafensicherheit oder aber Röntgencrash in unserer Crashhalle – am EMI wird die Röntgenstrahlung auf Spezialaspekte angewandt. Natürlich hilft auch unsere Erfahrung im Management solcher Forschungsprojekte.

Heusinger: Außerdem verfügen wir über Expertise im Aufbau unserer Versuche und Versuchsobjekte, den USBV-Similis sowie den Gepäckstücken.

Moser: Auch Fraunhofer-weit besteht Austausch: Das Projekt USBV-Inspektor, das vom Fraunhofer FHR geleitet wurde, untersuchte die Terahertzradartechnologie bei beschränkter Zugangsmöglichkeit zum Objekt. Diese Technologie ergänzt unsere sehr gut durch 3D-Informationen über das Objekt.

Heusinger: Wir bauen auf den Ergebnissen dieses Projekts auf und haben die Auswahl der Untersuchungsszenarien hieran angepasst. Das Fraunhofer FHR und damit USBV-Inspektor sind als assoziierte Partner direkt an unserem Projekt beteiligt.

Wie darf man sich die Arbeit mit Szenarien vorstellen?

Moser: In enger Zusammenarbeit mit Endanwendern wie LKA, Bundespolizei und BKA werden alltagsrelevante Szenarien ausgewählt. Dementsprechend präparieren wir die Demonstrationsobjekte mit USBV neben üblichen Inhalten wie Kleidungsstücken, Hygiene- oder Elektroartikeln und untersuchen, wie viel man mit den verschiedenen Sensortechnologien identifizieren und ob man die relevanten Objekte der USBV zuordnen kann.

Heusinger: Unterschiedliche Szenarien erfordern unterschiedliche Gepäckstücke: Reisekoffer, Aktenkoffer, Schultasche, Handtasche, Werkzeugkoffer. Man denke auch an pyrotechnische Sprengsätze in Automaten oder kleinere, in Zeitung eingeschlagene Objekte, die in einem Ausgabeschacht von Automaten liegen, oder generell präparierte Alltagsgegenstände, die Spuren von Manipulation aufweisen.

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Dr. Stefan Moser, Projekt-Koordinator, erklärt verschiedene Röntgenaufbauten.

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Im Projekt DURCHBLICK arbeitet das EMI am robotergestützten Einsatz von Sensortechnologien für Einsatzkräfte.

Haben Sie einen realen Einsatz erlebt?

Heusinger: Nein, und das ist auch nicht geplant. Wir würden als Beobachtende nur stören.

Moser: Eine kleine Anekdote dazu: Beim LKA in Stuttgart durfte ich einen Entschärfungsroboter bedienen und sollte den Roboter aus dem Zimmer über zwei Gänge in ein anderes Zimmer lenken, um nachzusehen, ob auf einem Schrank etwas liegt. Ich dachte mir, das schaffe ich leicht, habe ja Erfahrung mit Fernsteuerung von Autos etc. Nach 20 Minuten saß ich völlig schweißüberströmt da, war gerade erst am Schrank angekommen und brauchte noch sehr lange, bis ich den Roboter an die richtige Stelle manövriert hatte. Mit nur wenigen Kameras am Roboter fehlt einfach die Orientierung im Raum. Wenn man bedenkt, dass man bei einem echten Einsatz vielleicht einen Anfahrtsweg von 50 Metern hat, eventuell noch Hindernisse wie Treppen überwinden muss und dann feststellt, der Roboter ist mit unpassenden Sensoren ausgestattet, während jede Minute der Sperrung Geld kostet, ist das keine angenehme Situation. Genau deswegen müssen die vom Roboter gesammelten Informationen leicht erfassbar und die Sensorsteuerung vernünftig gelöst sein. Und es ist wichtig, dass ich den Roboter mit der nötigen Ausrüstung bestücken kann, ohne zum Wechseln nochmal zurück fahren zu müssen. Das ist ingenieurtechnisch gesehen ein sehr spannender Aspekt.

Wie gestaltet sich die bilaterale und interdisziplinäre Arbeit mit den verschiedenen Projektpartnern?

Heusinger: Die Partnerschaft mit Österreich hat den Vorteil, dass sowohl die Technologiestandards als auch ethische und rechtliche Aspekte sehr ähnlich sind. Wir ergänzen uns sehr gut.

Moser: Davon lebt unsere Zusammenarbeit. In regelmäßigen Treffen stimmen wir uns ab, damit wir aufeinander aufbauen und die Ergebnisse kompatibel sind. Für die ganzheitliche Betrachtung widmen sich die verschiedenen Projektpartner unterschiedlichen Aspekten: So geht es um ethisch-rechtliche Fragen für die Rahmenbedingungen, um Hardwareintegration oder darum, für die jeweiligen Technologien zu gewährleisten, dass die notwendigen Schnittstellen vorhanden und auf dem Roboter einsetzbar sind und dass die Daten zusammengeführt, sinnvoll gespeichert und dargestellt werden. Das geht nur durch Austausch und Kommunikation.

Heusinger: Es ist spannend, über den Tellerrand zu blicken und neue Blickwinkel aus anderen Forschungsfeldern auf die Thematik zu erfahren. Es werden Fragen aufgeworfen, die man sich nie gestellt hätte, und man lernt sehr viel, nicht nur fachlich oder technologisch.

Wie funktioniert die internationale Zusammenarbeit in der Sicherheitsforschung? Sehen sich die Akteure als Konkurrenten?

Moser: Größte Konkurrenz wäre das Projekt USBV-Inspektor gewesen. Dessen Ergebnisse und Experten haben wir in unser Projekt integriert. Für unser Ziel eines sinnvollen Werkzeugs für die Endanwender wollen wir alle relevanten Akteure ins Boot holen.

Heusinger: International gibt es Zusammenarbeit und Vernetzung innerhalb der Sicherheitsforschung, oft in Form von Workshops oder Konferenzen. Im März war ich zum Beispiel auf der Border Security Expo in London. Der Informationsaustausch geht natürlich nur bis zu einem gewissen Punkt, dennoch ist Kooperation in der Sicherheitsforschung besonders stark an Vertrauensverhältnisse und Offenheit geknüpft. Das ist der Unterschied zu vielen anderen Forschungsbereichen.

Wie sicher fühlen Sie sich auf öffentlichen Plätzen wie Flughäfen oder Bahnhöfen?

Moser: Unsere Arbeit macht uns bewusst, welch wichtigen und anspruchsvollen Job unsere Sicherheitskräfte jeden Tag leisten und wie viel Anstrengung betrieben wird, um die öffentliche Sicherheit zu gewährleisten. Ich habe großes Vertrauen in diese Maßnahmen. Das ist für mich weitere Motivation, wirklich gute Arbeit abzuliefern. Angst habe ich keine, sondern kann vielmehr die Gefahren einschätzen und bin davor gefeit, in einen Panikmodus zu verfallen.

Heusinger: Man kann niemals alles vorausplanen. Das wissen wir seit 9/11. Aber wir sehen, wie viel geforscht wird. Gerade das BMBF investiert viel Geld, um neuste Fragestellungen zu bearbeiten und Lösungen für potenzielle Gefahren zu erforschen. Was möglich ist, wird in der Sicherheitsforschung auch gemacht.

Wie ist der Ausblick nach DURCHBLICK?

Moser: Zunächst müssen wir die Weichen für eine vernünftige Verwertung des Projekts stellen, damit anschließend zeitnah aus dem Demonstrator auch ein Produkt entwickelt werden kann. Erstens sollen die Endanwender schnellstmöglich ein System in den Einsatz mitnehmen können, das leistungsfähiger als derzeit verfügbare Geräte ist. Zweitens müssen unsere Projektpartner, insbesondere die KMUs, die Chance bekommen, ihre im Projekt geleistete Arbeit wirtschaftlich umzusetzen, indem sie an Produktion und Verkauf beteiligt sind – beispielsweise als neuartiges Zubehörgerät für Entschärfungsroboter. Für uns am EMI ist es eine spannende technologische Frage, wie man die Endanwender bei der Bildauswertung durch Computeralgorithmen unterstützen kann. Außerdem könnte unser Roboter nach Beendigung des Projekts auf dem Sprengplatz in Kandern eingesetzt werden. Unsere Einsatzkräfte und Sprengmeister am EMI würden hiervon sicherlich profitieren.

Heusinger: Daneben lernen wir durch das Projekt die für uns noch neue Röntgenrückstreuung als Technologie kennen und überlegen, für welche EMI-typischen Forschungsinhalte sie noch einsetzbar wäre, wie eventuell das Sichtbarmachen von Rissen in Bauwerken.

Mehr Info zum Projekt DURCHBLICK

 

Projektname

Detektion unterschiedlicher unkonventioneller Spreng- und Brandvorrichtungen mittels intelligenter analytischer Sensorik (DURCHBLICK)

Programm

Forschung für die zivile Sicherheit, Bekanntmachung »Zivile Sicherheit – Aspekte und Maßnahmen der Terrorismusbekämpfung«, Bundesministerium für Bildung und Forschung

Gesamtzuwendung

1,3 Millionen Euro

Laufzeit

Zwei Jahre, Mai 2017 bis Mai 2019

Weiter Informationen zu Inhalten, Projektpartnern, assoziierten Partnern und dem

Partnerprojekt Österreich finden Sie unter www.durchblick-projekt.de