Lernen im Schwarm

?Unvergesslich war jener Moment, als die drei Roboter erstmals gleichzeitig und koordiniert im Pool schwammen ¨C der Prototyp f¨¹hlte sich pl?tzlich real an?, erinnert sich Alex Sheridan. Er war Projektmanager von Swarm, einem von insgesamt zw?lf Fokus-Projekten, die im Fr¨¹hlings- und Herbstsemester 2024/25 am Departement Maschinenbau und Verfahrenstechnik der ETH Z¨¹rich umgesetzt wurden. Das Team entwickelte Unterwasserroboter, die nicht einzeln, sondern im Verbund agieren. ?Wenn man einen einzelnen Roboter steuert, ist das ¨¹berschaubar ¨C aber sobald mehrere miteinander interagieren, wird es wirklich spannend?, sagt Sheridan.

Wie dies funktioniert, besch?ftigt auch ETH-Professorin Melanie Zeilinger. Sie erforscht, wie sich technische Systeme sicher und zuverl?ssig steuern lassen. Selbst dann, wenn sie mit Unsicherheiten, wechselnden Umgebungen oder menschlicher Interaktion konfrontiert sind. Ihre Forschung an lernenden, datenbasierten Regelungssystemen fand im Swarm-Projekt eine konkrete Anwendung.

Die Studierenden mussten eine L?sung finden, wie sich mehrere autonome Systeme koordinieren lassen, wenn Sensorik und Kommunikation eingeschr?nkt sind. ?Unter Wasser, wo Funkwellen kaum durchdringen, ist das eine besonders anspruchsvolle Aufgabe?, sagt Zeilinger. Hinzu kommt, dass sich die Bedingungen im Wasser st?ndig ?ndern: Str?mungen, Signalverlust und Hindernisse stellten die Systeme immer wieder auf die Probe. ?Die Studierenden haben nicht nur gelernt, technische Probleme zu l?sen, sondern auch, theoretische Konzepte praktisch umzusetzen?, f¨¹gt Zeilinger an.

Zugleich zeigen Projekte wie Swarm, als Teil von Aris, einer studentischen Initiative der ETH f¨¹r praxisnahe Raumfahrtprojekte, welche gesellschaftliche Bedeutung Robotik haben kann. Roboter, die in der Lehre als Prototypen entstehen, k?nnten sp?ter zur ?berwachung von Gletschern, zur Erforschung von ?kosystemen oder im Katastrophenschutz eingesetzt werden. Zeilinger betont, dass solche Projekte helfen, nat¨¹rliche Lebensr?ume zu verstehen und zu sch¨¹tzen ¨C und damit Forschung und gesellschaftlichen Nutzen zu verbinden. So k?nnen die drei Swarm-Roboter grosse Gebiete kartieren, Verschmutzungen im Wasser aufsp¨¹ren und messen oder Bauwerke wie Br¨¹ckenpfeiler unter Wasser inspizieren.

Vom Plan zum Projekt

Die Fokus-Projekte finden seit ¨¹ber zwanzig Jahren im f¨¹nften und sechsten Semester des Bachelorstudiengangs statt. Sie sind fester Teil des Curriculums und geh?ren zu den beliebtesten Lehrformaten des Departements. Studierende erhalten hier die M?glichkeit, theoretisches Wissen in die Praxis zu ¨¹bersetzen. In Teams von f¨¹nf bis zehn Studierenden entwickeln sie ¨¹ber zwei Semester hinweg einen Prototyp ¨C von der Idee ¨¹ber Design und Engineering bis zur Pr?sentation. Fast wie in einem Start-up. Die Studierenden ¨¹bernehmen dabei alles selbst: Konzept, Planung, Entwicklung, Produktion, Finanzierung und Kommunikation. ?In den ersten beiden Jahren des Bachelorstudiums absolvieren die Studierenden s?mtliche Pflichtf?cher. So haben sie im dritten Studienjahr genug Basiswissen, um ein Fokus-Projekt umzusetzen?, erkl?rt Alexander Hern¨¢ndez Oendra, Lehrspezialist am Departement.

Auch Zeilinger best?tigt das: Erst beim Entwickeln eines funktionierenden Systems werde deutlich, wie Sensorik, Mechanik, Steuerung und Software ineinandergreifen m¨¹ssen. F¨¹r viele Studierende ist das Fokus-Projekt die erste konkrete Erfahrung mit Forschung und Entwicklung.

Projektmanager Sheridan erinnert sich gut an die intensive Anfangsphase, als sich das Team finden und eine gemeinsame Mission definieren musste. Schon bald zeigte sich, welche Ideen zu komplex waren. Das Team lernte, Priorit?ten zu setzen, Arbeitspakete zu strukturieren und die eigenen Ambitionen mit den verf¨¹gbaren Ressourcen in Einklang zu bringen. Was von diesem Jahr bleibt, ist nicht nur ein funktionierender Prototyp, sondern vor allem das gemeinsame Erlebnis.