ME.LAK: Menschenzentrierte Entwicklung einer autonomen Kehrmaschine und Leitstelle für eine nachhaltige Stadtreinigung in NRW

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Die Automatisierung gilt als zentraler Ansatz, um dem Fachkräftemangel und den steigenden Krankheitsständen in der kommunalen Straßenreinigung zu begegnen und gleichzeitig den Umstieg auf emissionsfreie Fahrzeuge voranzutreiben. Bisherige Entwicklungen autonomer Kehrmaschinen konzentrierten sich vor allem auf die reine Fahrfunktion und die Ansteuerung der Reinigungsaggregate. Weitere für einen durchgängig autonomen Betrieb notwendige Vorgänge wie das automatisierte Laden, Entleeren und Reinigen des Kehrgutbehälters sowie das Befüllen des Wassertanks sind bislang nicht automatisiert. In bestimmten Situationen benötigen autonome Fahrzeuge weiterhin menschliche Unterstützung durch geschultes Personal in einer Leitstelle.

Das übergeordnete Ziel des MELAK-Forschungsvorhabens besteht darin, eine vollständig autonome Kehrmaschine zu entwickeln, die den aktuellen Stand der Technik übertrifft. Neben den autonomen Fahrfunktionen umfasst dies auch die vollständige Automatisierung der Betriebsstätte (Laden, Entleeren, Reinigen und Befüllen des Wassertanks) sowie eine menschenzentrierte, softwaregestützte Leitstelle zur Überwachung und Fernsteuerung des Fahrzeugs, bei der die menschlichen Aspekte berücksichtigt werden.

Die Schwerpunkte des Lehrstuhls für Mechatronik der UDE liegen in der Entwicklung geeigneter Sicherheitskonzepte für die Leitstelle und in der Einbeziehung der Bevölkerung und der psychologischen Begleitung des Projekts. So erhebt der Lehrstuhl eine deutschlandweite Studie zu den Bedürfnissen, Ängsten und der Technikaffinität der Bevölkerung, identifiziert geeignete Interaktionsmittel mit der Umgebung und untersucht im Zuge der Integration psychologische Variablen wie die mentale Belastung und das Situationsbewusstsein des Leitstandpersonals, um die Wirkung adaptiver Interface-Elemente zu validieren. Als zentrales Sicherheitskonzept entwickelt der Lehrstuhl zudem einen digitalen Zwilling der Kehrmaschine mit der Unreal Engine 5. Dieser bildet die autonome Kehrmaschine virtuell nach und ermöglicht die vollständige virtuelle Evaluierung der Fahrfunktionen und der Fernsteuerung, ohne dass dafür ein physisches Fahrzeug im Realbetrieb eingesetzt werden muss. Auf diese Weise lassen sich auch Automatisierungsvorgänge, wie das autonome Andocken an die Betriebsstätte oder die präzise Reinigung entlang des Bordsteins, gefahrlos und wiederholbar validieren, bevor sie auf dem realen Fahrzeug erprobt werden. Der digitale Zwilling dient darüber hinaus als Testumgebung für die am Lehrstuhl durchgeführten Studien und psychologischen Tests zur Leitstelle. Da sich die Fernsteuerung der Kehrmaschine vollständig simulieren lässt, können Remote-Piloting-Szenarien mit Proband:innen sicher und unter kontrollierten Bedingungen durchgespielt werden. So ist es möglich, die (Sicherheits-)Evaluation der Leitstelle sowie die Wirkung adaptiver User-Interface-Elemente auf mentale Belastung und Situationsbewusstsein zu untersuchen.

Projektlaufzeit:

               05/2025 – 04/2028

Website des Projekts:

ME.LAK -Projektbeschreibung

Projektbetreuer am Lehrstuhl für Mechatronik:

Beteiligte Fachgebiete an der UDE:

Weitere Projektpartner:

Zugehörigkeit zu Profilschwerpunkten der Fakultät für Ingenieurwissenschaften an der UDE:

Human-Centered Cyber-Physical Systems

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