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Maximus-Technologie von NVIDIA macht Erforschung der Weltmeere effizienter
Liquid Robotics
Von oben ähnelt der Wave Glider von Liquid Robotics einem Surfbrett. (Quelle: Liquid Robotics)

Der Hersteller Liquid Robotics bietet mit seinem Meeresroboter „Wave Glider“ eine innovative und kostensparende Möglichkeit zur Erforschung der Ozeane an. Dank NVIDIAs Maximus-Technologie kann der Wave Glider erstmals in sehr kurzer Zeit weiterentwickelt und individuell angepasst werden, da Design- und Simulationsberechnungen gleichzeitig möglich sind.

72 Prozent der Erdoberfläche sind mit Wasser bedeckt. Trotz dieser Tatsache wurde der Weltraum bisher mehr erforscht als die irdischen Ozeane. Dabei sind die Erkundung der Meere und die dadurch gewonnenen Daten Grundlage für viele kommerzielle und staatliche Anwendungsgebiete. So erlangen Wissenschaftler wichtige Informationen über das Klima und die Entwicklung von Fischpopulationen. Weitere Bereiche sind Erdbeben-Auswertungen, Wettervorhersagen, Tsunami-Warnungen und die Bestimmung der Wasserqualität nach Natur- oder Umweltkatastrophen.

Bisher ist für die Erforschung der Meere eine Kombination aus Schiffen, Satelliten und Bojen erforderlich. Diese Kombination bringt einige Herausforderungen mit sich. Es entstehen hohe Kosten, die unterschiedlichen Komponenten sind nur schwer gleichzeitig zu steuern und nicht immer zuverlässig. Hinzu kommt die komplizierte Stromversorgung auf hoher See.

Der kalifornische Hersteller Liquid Robotics hat sich auf die Erkundung der Ozeane spezialisiert und bietet mit seinem durch Sonne und Wellen angetriebenen Ozean-Roboter “Wave Glider” eine innovative, umweltfreundliche und kosteneffiziente Lösung an, die die traditionelle Herangehensweise revolutioniert.

Der Wave Glider – High-Tech auf dem Ozean

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Der Wave Glider von Liquid Robotics im Einsatz. (Quelle: Liquid Robotics)

Der Wave Glider hat lediglich die Größe eines Surfbretts und wird durch Sonnenenergie und den Wellengang angetrieben. Dieser kompakte, autonome Meeresroboter stellt eine kostengünstige und einfache Variante dar, Daten aus den Weltmeeren zu gewinnen.

„Ausschlaggebend ist, dass der Wave Glider persistent ist. Das heißt, er kann kontinuierlich, ohne Unterbrechung über Monate hinweg bis zu einem Jahr eingesetzt werden“, sagt Tim Ong, VP Mechanical Engineering bei Liquid Robotics. „Wir können den Roboter mit wissenschaftlichen, staatlichen oder kommerziellen Sensoren ausstatten und ihn im Meer entweder als virtuelle Boje oder Fahrzeug einsetzen.“

Gleichwohl stecken in dem fortschrittlichen Gefährt viele Stunden Design- und Entwicklungsarbeit, um es einerseits auf kundenspezifische Sensoren-Bedürfnisse anzupassen und andererseits seine Leistungsfähigkeit weiter zu verbessern.

Die NVIDIA-Maximus-Technologie

Bisher verschlangen Weiterentwicklungen oder Modifizierungen des Wave Glider viel Zeit, da sie in einzelnen Arbeitsabläufen nacheinander abgewickelt werden mussten: Einer ersten Konstruktion am Computer folgten Simulationsberechnungen, aufgrund deren Ergebnisse das Design des Roboters wiederum verändert wurde. Diese Abfolge fand entweder nacheinander oder auf verschiedenen Systemen statt, denn Simulationen sind Zeit- und Computing-intensive Berechnungen. NVIDIA, Erfinder des Grafikprozessors (GPU), löste mit seiner Maximus-Technologie genau diese Problematik. In einer einzelnen Workstation kommen eine professionelle NVIDIA-Quadro-Grafikkarte und ein auf parallele Berechnungen spezialisierter NVIDIA-Tesla-Prozessor zum Einsatz. Diese Kombination ermöglicht eine gleichzeitige Verarbeitung von 3D-Design, Simulation und Visualisierung am Desktop.

Dies hat den mechanischen Designprozess von Liquid Robotics komplett verändert: Die Ingenieure sparen bei der Weiterentwicklung des Wave Glider bis zu mehrere Wochen Zeit ein, da sie ab sofort Software-Anwendungen wie SolidWorks, ANSYS oder MathWorks MATLAB zum Designen, Testen, Simulieren und Rendern parallel an ihren Workstations nutzen können.

„Wir haben durch die Maximus-Technologie eine hohe Flexibilität gewonnen und unsere Produktivität deutlich gesteigert“, sagt Tim Ong. „Unsere Ingenieure arbeiten dank dieses Werkzeugs an mehreren Aufgaben gleichzeitig und müssen nicht mehr auf freiwerdende Rechenleistung warten.“

Bisher benötigten Simulationen oder Rendering-Prozesse die komplette Rechenleistung der vorhandenen Systeme. „Wenn man irgendetwas anderes machen wollte, während eine Simulation oder eine Modellierung lief, hatte man Pech“, sagt Ong. „Entweder man holte sich einen Kaffee oder arbeitete an irgendetwas anderem im Büro, solange der Computer rechnete.“

Nicht selten mussten die Ingenieure bis zum Ende des Tages warten, um Simulationen durchzuführen. „Wir haben sie gestartet und danach das Büro verlassen, um am nächsten Tag das Ergebnis zu sichten. Dabei kam es oft vor, dass die Berechnung über Nacht abgestürzt war und wir von vorne beginnen mussten. Oder wir haben die Simulationen gleich von einem Partnerunternehmen berechnen lassen. Der Zeitverlust lag schnell bei mehreren Wochen“, sagt Ong.

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Die Technologie ist dabei noch lange nicht ausgereizt. „Wir sind sehr gespannt, wie zukünftige Simulationen ablaufen, wenn neue Softwareversionen die Rechenpower der Maximus-Technologie noch besser ausnutzen können“, sagt Ong.

Liquid Robotics
Wave Glider von Liquid Robotics (Abb. mit freundlicher Genehmigung von Liquid Robotics)

Bereits jetzt ist das Ergebnis überwältigend: Mit den alten Systemen konnte ein Ingenieur nur ein einziges Programm an einem Rechner betreiben. Die Ingenieure waren gezwungen, aufeinander zu warten und so Prozesse nacheinander durchzuführen. Ab sofort kann jeder Liquid-Robotics-Mitarbeiter mit mehreren Programmen gleichzeitig an einer einzelnen Workstation mit NVIDIA-Maximus-Technologie arbeiten. Beispiel: Eine Zwölf-Kern-Workstation nutzt sechs CPU-Kerne und einen NVIDIA-Tesla-Prozessor, um ANSYS zu betreiben. Die restlichen sechs CPU-Kerne kümmern sich zusammen mit einer NVIDIA-Quadro-GPU um SolidWorks und anderer Design-Programme.

„Wir haben eine begrenzte Anzahl Ingenieure. Dadurch, dass jetzt jeder mehrere Dinge zur gleichen Zeit erledigen kann, wurde unser gesamter Arbeitsablauf im Unternehmen transformiert. Das hätten wir nie für möglich gehalten“, sagt Ong begeistert.

Resultat: Zufriedene Kunden

Die Zeitersparnis der Ingenieure hat direkte Auswirkungen auf die Zufriedenheit der Kunden. Die durch die NVIDIA-Maximus-Technologie eingesparte Zeit ermöglicht es Liquid Robotics, kundenspezifische Sensor-Konfigurationen schnell umzusetzen. Nebenbei wird die Effizienz des Gesamtsystems des Wave Gliders verbessert, was sich in größerer Leistung, höherer Geschwindigkeit und verbesserter Datenkommunikation niederschlägt.

„Wir haben mehrere Millionen Dollar und viele Forschungsjahre in den aktuellen Wave Glider gesteckt. Jetzt können wir innerhalb weniger Wochen das Design verändern und erhalten enorme Leistungssteigerungen. Und Eines ist klar: Wenn man die Zeit für die Designarbeit verringert, sinken automatisch die Gesamtkosten“, sagt Ong.

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