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TU Graz entwickelt GPS-gestütztes Unterwassersystem
Tauchen gehört für viele Menschen zu den faszinierendsten Erlebnissen in der Natur. Ob für Freizeit, Forschung oder Schutzmaßnahmen – eine sichere Orientierung unter Wasser ist essenziell. Bisher stützt sich die Navigation von Tauchern vor allem auf klassische Methoden wie das Ablesen eines Kompasses oder die Orientierung an markanten Unterwasserpunkten.
Schon seit Jahren werden zudem Technologien wie Sonar entwickelt, um die Position im Wasser zu bestimmen. Doch diese Geräte haben gewichtige Nachteile: Sie benötigen große Schalldruckpegel, beeinflussen das empfindliche Ökosystem und verursachen Stress bei Fischen und anderen Meeresbewohnern.
Jetzt bringt die TU Graz eine Innovation ins Spiel, die eine nachhaltige, präzise und tierfreundliche Lösung verspricht. Im Rahmen des Projekts „ScubaPOIs“ haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler eine Unterwassernavigation entwickelt, die auf GNSS-gestützten Bojen basiert, die elektromagnetische Signale aussenden. Diese Technologie verbindet die Präzision satellitengestützter GPS-Systeme mit der Signalübertragung unter Wasser, wodurch Taucherinnen und Taucher künftig den Weg zu bestimmten Zielen im Wasser noch sicherer und vor allem umweltverträglicher finden.
Das Besondere an diesem System: Es liefert eine präzise Positionsbestimmung, ohne der Tierwelt Schaden zuzufügen. Die Taucherinnen und Taucher tragen ein kleines Display – ein Head-up-Display in ihrer Maske – das ihnen die Route anzeigt. Damit können sie sicher zu Tauchspots, zu Forschungsgebieten, zum Boot oder um Sperrzonen herum navigieren, ohne auf akustische Signalquellen angewiesen zu sein.
Funktionsweise und Herausforderungen
Das System basiert auf einem cleveren Zusammenspiel zwischen mehreren Komponenten. Die im Wasser platzierten Bojen bestimmen ihre Position via den europäischen Satellitendienst GALILEO High Accuracy Service (HAS). Ein Signalgenerator in den Bojen sendet elektromagnetische Signale an die Empfänger in der Maske der Taucherinnen und Taucher. Aufgrund mehrerer gleichzeitig empfangener Signale und der entstehenden Distanzen lassen sich mithilfe eines mathematischen Verfahrens – der Trilateration – die genaue Position und Tiefe der Taucherinnen und Taucher berechnen.
„Die größte Herausforderung lag in der Ausbreitung der elektromagnetischen Signale unter Wasser“, erklärt Projektleiter Philipp Berglez vom Institut für Geodäsie an der TU Graz. „Wasser, vor allem salzwasser, ist ein komplexer Leitboden für elektromagnetische Signale. Faktoren wie Salzgehalt, Temperatur, Tiefe und die Leitfähigkeit des Wassers beeinflussen die Signalstärke und -reichweite erheblich.“
Trotz der Schwierigkeiten haben die Forscher eine Lösung gefunden, die Signale horizontal über 150 Meter übertragen kann. Für größere Tiefen – bis zu 100 Meter – sehen die Entwickler noch Optimierungspotential, um die Reichweite weiter zu erhöhen.
Praktische Anwendungen und Umweltverträglichkeit
Das neue Navigationssystem hat großes Potential für verschiedene Einsatzbereiche. Im Freizeitbereich könnten Tauchschulen und Hobbytauchende bei Touristenattraktionen mit den Positions-Bojen ausgestattet werden, um Unterwasser-Sehenswürdigkeiten einfach zu finden. Das Head-up-Display sorgt dabei für eine intuitive Navigation, so dass die Taucher nicht auf komplizierte Karten oder Labyrinthe angewiesen sind. Das österreichische Unternehmen Oxygen Scientific hat in diesem Zusammenhang bereits ein spezielles Display entwickelt, das direkt an der Maske montiert werden kann.
Auch für Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die im Bereich der Aquaristik, Unterwasserarchäologie oder Umweltüberwachung tätig sind, bietet das System Vorteile. Es erlaubt eine präzise, zuverlässige Orientierung, ohne das empfindliche Ökosystem zu stören. Und genau hier liegt einer der wichtigsten Unterschiede zu herkömmlichen Sonarsystemen: die elektromagnetischen Signale sind tierfreundlich.
Um dies zu testen, wurden im Rahmen des Projekts Messungen mit goldenen Regenbogenforellen durchgeführt, einer Art, die für ihre Sensibilität gegenüber äußeren Einflüssen bekannt ist. Das Ergebnis: Die Fische reagierten weder auf die elektromagnetischen Signale noch zeigten sie nach den Tests Verhaltensänderungen. Selbst nach mehreren Monaten blieb ihre Reaktionsfreiheit auf die Signale erhalten. Damit ist belegt, dass das System keine langfristigen negativen Auswirkungen auf die Tierwelt haben dürfte.