Ein Wissenschaftsteam der University of Minnesota Twin Cities hat einen Unterwasser-Roboter für Gerätetaucher entwickelt, der den Stresszustand des Tauchers in Echtzeit über die visuelle Begutachtung der ausgeatmeten Luftblasen überwacht. Eine Künstliche Intelligenz (KI) ermittelt anhand der Bilder, ob ein mögliches Problem vorliegt.
Gerätetauchen kann unter Extrembedingungen schnell zu einer Gefahr für Leib und Leben des Tauchers werden. Erschöpfung und Atemnot können die Folge von Stresssituationen beim Tauchen sein. Herkömmliche medizinische Sensoren und Wearables können die nötigen Körperdaten nicht erfassen. Dicke Nass- und Trockentaucheranzüge verhindern den dafür nötigen kontinuierlichen Hautkontakt.
Ein von dem Forschungsteam entwickelter autonomer Unterwasser-Roboter soll das Problem beseitigen helfen. Wie die Wissenschaftler in der im The International Journal of Robotics Research erschienenen Studie „Robotic estimation of single scuba diver respiration rate for safety in underwater human-robot collaboration“ schreiben, taucht der zusammen mit dem Taucher ab und erfasst visuell über ein Kamerasystem die ausgeatmeten Luftblasen aus dem Atemgerät.
Stresslevel über Luftblasen ermitteln
Die Forscher trainierten ein KI-Modell mit Unterwasseraufnahmen von Tauchern, die im Lake Superior in Duluth, dem Square Lake in Stillwater (beide im US-Bundesstaat Minnesota) sowie in der Karibik vor der Küste von Barbados erstellt wurden. Die Forscher wendeten dabei die „Fuzzy-Labeling“-Klassifizierung an. Sie prüften und kategorisierten mehrere Tausend der aufgenommenen Bilder manuell, um die oft trüben Unterwasseraufnahmen besser zuordnen zu können. Zusätzlich synchronisierten sie die Bilder bei der Datenerfassung mit den Geräuschen, die die entweichende Luft aus dem Atemregler verursacht. Die KI lernt so, wie ein Atemzug aussieht. Die Trainingsdaten wurden bewusst an unterschiedlichen Orten unter verschiedenen Sicht- und Temperaturbedingungen erfasst, um etwaige Beeinflussungen durch äußere Bedingungen zu minimieren.
Das KI-Modell des Tauchroboters kann aus den visuellen Daten bei einem Tauchvorgang die Atemfrequenz des Tauchers bestimmen, ein Anzeichen, ob sich der Taucher in einer Stresssituation befindet oder nicht. Drei Kategorien haben die Wissenschaftler dabei festgelegt: unter normal mit weniger als 14 Atemzüge pro Minute, normal mit 14 bis 20 Atemzügen pro Minute und über normal mit mehr als 20 Atemzügen pro Minute. Der Roboter steht über das Kommunikationssystem HREyes in Kontakt mit dem Taucher und informiert ihn über seinen Status.
Den Roboter wollen die Forscher weiter verbessern, indem sie zusätzlich zu den ausgeatmeten Luftblasen auch noch die Taucherbewegungen auswerten. Durch das Zusammenführen dieser Daten soll dann ein „Wohlbefindlichkeitsprofil“ erstellt werden. Insbesondere bei Tiefsee-Tauchgängen könnte dieses Profil dann dazu genutzt werden, die Sicherheit des Tauchers zu erhöhen, sofern die Daten zusätzlich an eine Leitstelle übermittelt werden.
(olb)
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