Virtuelle Testbeds - MMI RWTH Aachen

Virtuelle Testbeds legen die Grundlagen für die Realisierung neuer Kristallisationspunkte zur effektiven und effizienten Zusammenführung komplexer Entwicklungsvorhaben, gleich ob es sich um industrielle Produktentwicklung oder um angewandte oder sogar Grundlagenforschung handelt. Das Ergebnis ist eine neue Methodik zur integrierten, system-, disziplin- und anwendungsübergreifenden Entwicklung (nicht nur) robotischer Anwendungen. Neben der Betrachtung von Einzelaspekten steht in Virtuellen Testbeds hierbei vor allem das System als Ganzes im Vordergrund. Wechselwirkungen zwischen den Komponenten können so frühzeitig erkannt und modelliert, das Systemverhalten in unterschiedlichen Systemzuständen und unter unterschiedlichen Umweltbedingungen auf Knopfdruck verifiziert und Entwicklungsfortschritte schnell beurteilt werden. Die Folge ist eine signifikante Steigerung sowohl der Entwicklungsgeschwindigkeit als auch der Robustheit der Implementierung. Hierzu werden Entwicklungen in Virtuellen Testbeds zusammengeführt. Notwendig sind hierfür leistungsfähige Simulationsalgorithmen von der Starrkörperdynamik über die Bodenmechanik bis hin zur Simulation vielfältiger Aktuatorik und Sensorik, die an anwendungsnahen Mockups kalibriert und verifiziert werden, so dass nach der Übertragung der Ergebnisse auf die Verhältnisse der endgültigen Anwendung – z. B. im Weltraum – aussagekräftige und realitätsnahe virtuelle Welten zur Verfügung stehen. Im Weltraumbereich sollen derartige Virtuelle Testbeds physikalische Mockups nicht nur weitgehend ersetzen, sondern auch die „Extrapolation“ auf Missionsvorhaben erlauben, für die ein physikalisches Mockup nur schwer oder unter hohen Kosten realisierbar ist, erlauben. Ein einfaches Umschalten zwischen realen und simulierten Sensoren und Aktoren auf Basis eines echtzeitfähigen Simulationsframeworks ermöglicht darüber hinaus die gleichzeitige Entwicklung von Simulationslogik und hardwarenaher Software auf Basis ein und desselben Simulationsmodells. Durch einen einfachen Wechsel des Anwendungsszenarios können zudem zunächst nicht im Fokus liegende Anwendungen unmittelbar von den Entwicklungsfortschritten profitieren. Hierdurch konnte z. B. ein effizienter Technologietransfer von in der Raumfahrt erprobten Algorithmen in die terrestrische Anwendung etabliert werden. Virtuelle Testbeds ermöglichen so die Etablierung neuer Entwicklungsmethodiken, die z. B. für Weltraumvorhaben von entscheidender Bedeutung sind. Neben den prinzipiell großen technologischen Herausforderungen kann hier häufig das Gesamtsystem nicht final verifiziert werden: Die Mission ist gleichzeitig der erste Gesamtsystemtest. Ferner müssen großräumig verteilte und häufig interdisziplinäre Entwicklungsteams koordiniert und die Ergebnisse über Projektgrenzen hinaus ausgetauscht werden. Darüber hinaus ist ein möglichst zeitnaher Transfer der neuen Technologien in terrestrische Anwendungen wünschenswert.

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