Tauchroboter ermittelt Stress von Gerätetauchern über ausgeatmete Luftblasen

Neue Sicherheitslösungen für den Tauchsport

Das Gerätetauchen ist mit erheblichen Risiken verbunden, insbesondere wenn Taucher unter Extrembedingungen agieren. Stress, der oft durch Erschöpfung oder Atemnot ausgelöst wird, kann unter Wasser schnell lebensbedrohliche Situationen herbeiführen. Herkömmliche medizinische Überwachungsmethoden, wie sie in der Sportmedizin üblich sind, stoßen beim Tauchen an ihre Grenzen. Die dicke Schicht von Nass- oder Trockentauchanzügen verhindert den für klassische Wearables notwendigen direkten Hautkontakt, wodurch eine kontinuierliche Überwachung der Vitaldaten bisher kaum möglich war.

Ein Forschungsteam der University of Minnesota Twin Cities hat nun einen innovativen Ansatz vorgestellt, um dieses Überwachungsproblem zu lösen. Sie entwickelten einen autonomen Unterwasser-Roboter, der als Begleiter fungiert und den Zustand des Tauchers ohne direkten Körperkontakt analysiert. Die Technologie basiert auf der visuellen Auswertung der ausgeatmeten Luftblasen des Tauchers.

Funktionsweise der KI-gestützten Überwachung

Der Roboter ist mit einem Kamerasystem ausgestattet, das die vom Atemregler abgegebenen Luftblasen während des Tauchgangs kontinuierlich erfasst. Eine spezialisierte Künstliche Intelligenz (KI) wertet diese Bilder in Echtzeit aus, um die Atemfrequenz zu bestimmen. Da die Sichtverhältnisse unter Wasser variieren können, wurde das Modell mit einer breiten Datenbasis trainiert. Die Aufnahmen entstanden an unterschiedlichen Orten, darunter der Lake Superior, der Square Lake in Minnesota sowie Gewässer vor der Küste von Barbados.

Um die Zuverlässigkeit der KI zu gewährleisten, nutzten die Wissenschaftler eine sogenannte „Fuzzy-Labeling“-Klassifizierung. Dabei wurden tausende Bilder manuell kategorisiert und mit den akustischen Signalen des Atemreglers synchronisiert. Durch diese Kombination aus Bild- und Tonanalyse lernt das System präzise zu erkennen, wie ein Atemzug aussieht und ob dieser innerhalb eines normalen Bereichs liegt.

Kategorisierung des Stresslevels

Das System unterteilt die Atemfrequenz in drei definierte Stufen, um den Stresszustand des Tauchers einzuordnen:

* **Unter normal:** Weniger als 14 Atemzüge pro Minute.

* **Normal:** 14 bis 20 Atemzüge pro Minute.

* **Über normal:** Mehr als 20 Atemzüge pro Minute.

Sobald der Roboter eine Abweichung feststellt, kann er über das Kommunikationssystem „HREyes“ direkt mit dem Taucher interagieren und diesen über seinen aktuellen Status informieren. Dies ermöglicht es dem Taucher, frühzeitig auf Anzeichen von Stress zu reagieren, bevor eine gefährliche Situation eskaliert.

Ausblick und zukünftige Entwicklungen

Die Forschungsarbeit, die im *International Journal of Robotics Research* unter dem Titel „Robotic estimation of single scuba diver respiration rate for safety in underwater human-robot collaboration“ veröffentlicht wurde, bildet die Grundlage für weitere Optimierungen. Das Team plant, die Analyse der Luftblasen künftig mit der Erfassung der Körperbewegungen des Tauchers zu kombinieren.

Durch die Zusammenführung dieser Daten soll ein umfassendes „Wohlbefindlichkeitsprofil“ erstellt werden. Ein solches System könnte vor allem bei Tiefsee-Tauchgängen von entscheidender Bedeutung sein. Die Übermittlung dieser Daten an eine externe Leitstelle könnte die Sicherheit bei professionellen Einsätzen oder in anspruchsvollen Forschungsszenarien signifikant steigern. Die Entwicklung zeigt, wie autonome Robotik und KI-gestützte Bildanalyse dazu beitragen können, die Risiken in lebensfeindlichen Umgebungen durch präventive Überwachung zu minimieren.