Extremwissenschaft am Südpol

Wie werden Menschen mit absoluten Ausnahmesituationen fertig? Forscher testen in der Antarktis „Abhörmethoden“, die zeigen sollen, wie es Astronauten im All geht.

A group of Pakistani soldiers carry their guns uphill along the K2 base camp trek in the Karakoram mountain range in Pakistan
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A group of Pakistani soldiers carry their guns uphill along the K2 base camp trek in the Karakoram mountain range in Pakistan
(c) REUTERS

Mit November beginnt der Sommer in Camp Concordia. Dann herrscht Hochbetrieb in der Forschungsstation der Europäischen Raumfahrtagentur ESA am Südpol. Denn es gilt, das Lager auf 3233 Metern Seehöhe für den nächsten Winter vorzubereiten: Ab Ostern stehen vier Monate ohne Licht, mit Temperaturen bis minus 80 Grad Celsius und extrem trockener, sauerstoffarmer Luft bevor. Dann kann keiner der zehn bis 15 Wissenschaftler das Gebäude in 123 Grad östlicher Länge und 75 Grad südlicher Breite längere Zeit verlassen. Und dann kommt keiner mehr weg von Camp Concordia. Ein lebensfeindliches Szenario, das ideale Voraussetzungen für die Weltraumforschung bietet.

„Wer über Monate fernab jeglicher Zivilisation unter widrigen Bedingungen eingesperrt ist, hat oft Schlafstörungen oder Depressionen – Probleme, an denen auch Astronauten häufig leiden“, sagt Martin Hagmüller vom Institut für Signalverarbeitung und Sprachkommunikation der TU Graz. Die Antarktis dient daher als Testfeld für das Verhalten von Menschen in Ausnahmesituationen. Mit einem fünfköpfigen Team entwickelt Hagmüller technische Methoden, die eine Beurteilung des psychischen Zustands der Personen im Camp erlauben sollen. „Die Situation ist vergleichbar mit der, die auf dem Mars erwartet wird.“

 

Wissenschaftlicher Lauschangriff

„Auf einer Raumstation ist es wichtig, möglichst früh zu erkennen, wenn ein Astronaut Probleme hat. Wie in der Antarktis geht das auch im All nur mit Ferndiagnose“, so Hagmüller. Dazu wollen die Grazer Wissenschaftler einmal in der Woche die Gespräche in Camp Concordia beim Essen aufzeichnen. Zusätzlich soll es ein Videotagebuch geben.Die fertig aufbereiteten Daten gehen dann weiter an die Psychologen, die als Partner im Projekt dabei sind: In Kanada wird der Inhalt analysiert. In Ungarn untersuchen Wissenschaftler unter anderem auch den Klang der Stimme, um Rückschlüsse auf das Wohlbefinden ziehen zu können.

Worin liegt nun die Herausforderung für die Grazer Techniker? Sie haben eine spezielle „Abhörmethode“ entwickelt: 32 in zwei konzentrischen Kreisen angeordnete Mikrofone werden über dem Esstisch angebracht. Jeder Sprecher soll einzeln herausgefiltert werden können. Außerdem will man störende Nebengeräusche – etwa klapperndes Besteck oder Geschirr bei Tisch – entfernen. Das akustisch komplexe Szenario ist wissenschaftliches Neuland.

Eine Methode ist das sogenannte Beamforming: Das Grundprinzip ist, dass ein akustisches Signal eine bestimmte Ausbreitungsgeschwindigkeit hat. Es braucht also eine bestimmte Zeit vom Sprecher bis zum Mikrofon. Die Signale mehrerer Sprecher kommen zu unterschiedlichen Zeiten an, sind destruktiv überlagert. Ziel ist die konstruktive Überlagerung: Es gilt die Signale so zu ordnen, dass sie einzelnen Personen eindeutig zuzuordnen sind. Das Labor der Forscher ist dabei der PC. Darüber hinaus entwickeln die Wissenschaftler Modelle, die die Eigenschaften der verschiedenen Stimmen statistisch beschreiben sollen: Für jeden Sprecher braucht es ein eigenes Modell. Die einzelnen Anteile der Signale müssen dazu getrennt und wieder zusammengefügt werden.

Das geht aber nicht in Echtzeit, also live, sondern erst im Nachhinein: „Die Datenverbindung ist sehr schlecht. Wir bekommen zwar einzelne Mitschnitte zur Kontrolle, ob alles funktioniert. Den vollständigen Datensatz erhalten wir aber erst nach Ende des antarktischen Winters auf einer Festplatte.“

Denn die Grazer Forscher sind nicht selbst vor Ort: Zu viele Wissenschaftler wollen mit ihren Projekten in die Forschungsstation am Südpol. Das Team im Camp übernimmt daher den Versuchsaufbau. Um forschen zu dürfen, mussten sich die Grazer eigens qualifizieren und die Finanzierung organisieren. Die benötigten Mittel kommen aus Projekten, die von den Ergebnissen profitieren: dem EU-Projekt Dirha (Distant-speech Interaction for Robust Home Applications) und dem K-Projekt ASD (Acoustic Sensing and Design), das unter anderem vom Technologieministerium sowie vom Wissenschafts- und Wirtschaftsministerium getragen wird.

Die Ausrüstung der Grazer Wissenschaftler hat ihre Reise zum Südpol kürzlich angetreten: Von Graz aus ins französische Brest, dort geht es mit dem Schiff weiter ins australische Hobart und dann mit einem anderen Schiff nach Dumont d'Urville, Antarktis. „Dann sind es nur noch zehn bis zwölf Tage Landweg“, sagt Hagmüller. Ende Jänner soll das wissenschaftliche Paket ankommen. Die Untersuchungen starten Mitte Februar und sollen neun Monate lang dauern.

Geht alles gut, will man die Messungen ein Jahr darauf mit einem verbesserten System wiederholen: Automatische Spracherkennung ist das Ziel für die zweite Wintersaison. Auch der unterschiedliche sprachliche Hintergrund der Wissenschaftler in Camp Concordia dürfte die Grazer Forscher dabei fordern: „Das ist eine italienisch-französische Forschungsstation. Die Wissenschaftler sprechen wohl ein recht unterschiedliches Englisch miteinander“, so Hagmüller.

("Die Presse", Print-Ausgabe, 25.10.2014)

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