Open Source: Aweigh navigiert nach der Sonne und gegen GPS

Mal eben von hier nach da navigieren in einer unbekannten Gegend? Kein Problem dank der diversen globalen Satellitennavigationssysteme (Global Navigation Satellite Systems, GNSS): Beidou, Galileo, Glonass und GPS weisen den Weg, auf dem Navigationsgerät im Auto, dem Smartphone, dem Tablet. Aber was machen sie sonst noch, im Hintergrund? Werden Daten über den Nutzer gesammelt? Was passiert, wenn die Satelliten gehackt werden?

"Wir haben uns die aktuelle Techniklandschaft angeschaut und herausgefunden, dass wir zunehmend von zentralisierten Systemen abhängig sind, um diese Technik zu nutzen. Und diese Techniken sind oft Black Boxes. Das bedeutet, der Nutzer versteht nicht, was in seinem Gerät passiert, damit es funktioniert. Das sehen wir überall", sagt States Lee im Gespräch mit Golem.de. "Also haben wir angefangen, nach Alternativen zu alltäglich genutzten Techniken zu suchen." Zusammen mit Samuel Iliffe, Flora Weil und Keren Zhang, alle vier Studenten des Imperial College und des Royal College of Art in London, hat Lee ein Navigationsgerät entwickelt, das ohne ein zentrales System arbeitet.

Aweigh heißt das System - der Begriff bezieht sich auf den englischen Ausdruck: "Anchors aweigh!" (auf Deutsch: "Anker lichten!") beziehungsweise "Anchor is aweigh" (auf Deutsch: "Der Anker ist gelichtet"). Das System nutzt eine Navigationsmethode, mit der Seefahrer in der Zeit vor GPS ihren Kurs gefunden haben: Es basiert auf der Astronavigation.

Ähnlich wie bei einem Sextanten misst der Nutzer die Breite seines Standorts anhand des Sonnenstands. Dazu ist Aweigh mit Photodioden ausgestattet, die das Sonnenlicht einfangen. Anders als bei einem Sextanten geht das aber auch bei bewölktem Himmel und nicht nur um 12 Uhr mittags. "Das polarisierte Sonnenlicht bildet den Tag über bestimmte Muster in der Hemisphäre über uns", sagt Lee.

Die Photodioden erfassen diese und das auf dem Raspberry Pi basierende Gerät errechnet die Position. Das geht allerdings nicht ganz eigenständig: Das System nutze Daten aus frei zugänglichen Datenbanken, aus denen abzulesen sei, wo am Himmel sich die Sonne zu einem bestimmten Zeitpunkt an einem bestimmten Ort befinde, sagt Lee.

Vorbild sind Wüstenameisen, die polarisiertes Licht nutzen, um zu ihren Nestern zurückzufinden. Diesen Mechanismus haben die vier Entwickler nachgebildet. "Wir kamen auf die Idee, ein Navigationssystem zu entwickeln, das auf dem Insektenauge basiert", sagt Lee.

Eine ähnliche Methode sollen die Wikinger vor über 1.000 Jahren genutzt haben, um über den Atlantik zu segeln: Mit sogenannten Sonnensteinen - Kalzit, Cordierit und Turmalin - haben sie mutmaßlich den Sonnenstand und damit auch den Kurs bestimmen können, auch wenn der Himmel bedeckt war.

Wie spät ist es genau?

Für die Bestimmung der Länge ist die genaue Uhrzeit nötig. "Die Idee ist, die Uhr auf dem Raspberry Pi zu haben, die regelmäßig aktualisiert wird, indem man das Gerät an den Computer anschließt", erklärt Lee. "Aber wir haben auch ein RTC Time Module mit dem Pi verbunden. Das ermöglicht uns, die Zeit zu überprüfen, wenn man die Updates bekommt, um die Uhr wieder auszurichten, wenn irgendwelche Fehler aufgetreten sind."

• 

Das Navigationsgerät Aweigh ist dezentral und transparent. (Bild: Aweigh)

In puncto Genauigkeit kann Aweigh jedoch nicht mit den zentralistischen GNSS konkurrieren.