Vorstellung: TOPAS bringt mathematische Intelligenz in autonome Systeme

Autonome Systeme werden in verschiedenen Branchen zunehmend wichtiger, von der Robotik und Luftfahrt bis hin zur Industrieautomatisierung. Während große Unternehmen über die Ressourcen verfügen, um ihre eigenen intelligenten Steuerungssysteme zu entwickeln, haben viele kleine und mittlere Unternehmen (KMU) Schwierigkeiten, fortschrittliche Autonomie in ihre Produkte zu integrieren. TOPAS, ein neues Raumfahrt-Startup mit Sitz in Bremen, möchte autonome Systeme mit ihrer modularen Autonomie-Software vereinfachen. 

Gegründet im Jahr 2021 von Dr.-Ing. Mitja Echim, Prof. Dr. Christof Büskens und Dr. Matthias Knauer, entstand TOPAS aus einer Forschungsgruppe der Universität Bremen, die sich auf Industriemathematik spezialisiert hat. Das Team erkannte die entscheidende Lücke: Die Forschung in angewandter Mathematik und autonomen Systemen entwickelte sich schnell weiter, aber ihre Umsetzung in reale Anwendungen war oft langsam und komplex.

Mathematik spielt eine grundlegende Rolle in der Autonomie, von der Sensorfusion und Entscheidungsfindung bis hin zur Bewegungsplanung und Steuerung. Vielen Unternehmen fehlt jedoch die Expertise, komplexe Algorithmen zu entwickeln und zu implementieren. Das TOPAS-Team sah eine Gelegenheit, die Lücke zwischen Forschung und Industrie zu schließen, indem es KMU Zugang zu fortschrittlicher Autonomie-Software bietet. 

„Wir haben die Struktur von TOPAS einige Jahre lang geplant, bevor wir das Unternehmen offiziell gründeten“, erklärt Mitja Echim. „Mathematik ist ein sehr breites Feld, aber wir haben uns entschieden, uns auf autonome Systeme zu konzentrieren, weil sie intelligente Algorithmen erfordern, die viele kleinere Unternehmen nicht selbst entwickeln können.“ 

TOPAS bietet modulare Autonomie-Software, die es Unternehmen ermöglicht, intelligente Entscheidungsfähigkeiten in ihre Roboter, Fahrzeuge und andere autonome Plattformen zu integrieren. Ihre Lösungen sind darauf ausgelegt, flexibel und anpassbar zu sein, was es Unternehmen erleichtert, Autonomie auf eine Weise einzusetzen, die ihren spezifischen Anforderungen entspricht. 

Planung für die Zukunft mit ESA BIC Northern Germany 

TOPAS trat dem ESA BIC Northern Germany bei, um ihre Expertise in Raumfahrtanwendungen zu erweitern. Viele der von ihnen entwickelten Algorithmen haben potenzielle Anwendungen in der Weltraumrobotik, Planetenerkundung und Satellitenbetrieb. Das Programm bietet Mentoring, Finanzierung und Zugang zu einem starken Netzwerk von Raumfahrtindustrie-Partnern und hilft TOPAS dabei, ihr Geschäftsmodell zu verfeinern und neue Märkte zu erkunden. 

Mit jahrelanger Erfahrung in der angewandten Forschung und engen Partnerschaften mit der Industrie ist TOPAS bereits gut in Bremens Innovationsökosystem integriert. Da jedoch die Kundennachfrage wächst und das Unternehmen über das Prototyping hinausgeht, erkennen sie die Notwendigkeit, ein skalierbares Geschäftsmodell zu entwickeln. 

„Bremen ist ein fantastischer Ort, um direkt mit Unternehmen zu arbeiten. Partner zu finden war nie die Herausforderung, aber die meisten von uns sind Akademiker und wir wurden noch nicht dazu gedrängt, über den Geschäftsaspekt von TOPAS nachzudenken“, sagt Shruti Patel, Leiterin der Autonomen Systeme bei TOPAS. „Wir wollen ein nachhaltiges Geschäftsmodell. Nicht nur Machbarkeitsstudien für Kunden zu erstellen, sondern die Technologie-Reifegrad wirklich hoch genug zu bringen, damit unsere Kunden damit auf den Markt gehen können. ESA BIC Northern Germany zwingt uns dazu, auf diese Meilensteine und Ergebnisse hinzuarbeiten, bietet aber auch das Mentoring, das wir brauchen.“ 

Ein vielseitiges Framework für autonome Systeme 

TOPAS spezialisiert sich auf autonome Frameworks – modulare Softwaresysteme, die es Robotern, Fahrzeugen und anderen autonomen Plattformen ermöglichen, ihre Umgebung wahrzunehmen, Entscheidungen zu treffen und Aufgaben unabhängig auszuführen. Ihre Lösungen sind für Unternehmen konzipiert, die Drohnen, Industrieroboter und mobile Maschinen bauen, aber nicht über die Expertise verfügen, eigene intelligente Steuerungssysteme zu entwickeln. 

Im Kern von TOPAS‘ Technologie steht die Sensorfusion, bei der Daten von mehreren Sensoren – wie Kameras, LiDAR (Light Detection and Ranging) und GPS – kombiniert werden, um ein präzises Modell der Umgebung zu erstellen. Dies ermöglicht es einem autonomen System, einen optimalen Bewegungsplan zu generieren und entsprechend auf sich ändernde Bedingungen zu reagieren. Das Framework ist hochmodular, was bedeutet, dass Kunden spezifische Funktionalitäten auswählen können, die sie benötigen, sei es Wahrnehmung, Navigation oder Entscheidungsfindung. 

Im Gegensatz zu anderen Unternehmen, die vorgefertigte Autonomie-Software verkaufen, verfolgt TOPAS einen serviceorientierten Ansatz und arbeitet eng mit Kunden zusammen, um Lösungen an ihre spezifischen Bedürfnisse anzupassen. „Zusätzlich zu diesem Serviceaspekt ist auch wichtig, dass es für Kunden, die eine grobe Vorstellung davon haben, was Systeme tun sollen, schwierig ist, auch einen Überblick über die Fähigkeiten der aktuellen Technologie zu haben“, erklärt Carsten Rachuy, Leiter für Software und Algorithmen bei TOPAS. „Technologie entwickelt sich ständig weiter, daher muss man sich bestimmter Technologien und Systeme bewusst sein, die verfügbar oder veraltet werden. Einer der Serviceaspekte ist auch, gemeinsam mit dem Kunden herauszufinden, welche Art von Sensor-Setup sie benötigen, um diese Aufgabe zu erledigen oder welche Art von Umgebungsdarstellung.“ 

TOPAS Autonomie Framework auf einen Blick. Photo credit: TOPAS ©2025 

Dieser kollaborative Ansatz hilft Unternehmen dabei, komplexe technologische Entscheidungen zu navigieren, insbesondere wenn es darum geht, die richtigen Sensoren und Autonomie-Features für ihre spezifische Betriebsumgebung zu wählen. „Zum Beispiel, wird Ihr Roboter drinnen oder draußen eingesetzt?“, fährt Carsten fort, „besonders bei der Lokalisierung gibt es bestimmte Dinge, die Sie draußen tun können, die drinnen nicht funktionieren. Es ist sehr wichtig, diese Art von Service und Wissen dem Kunden zu bieten, ihm seine Optionen zu zeigen und ihn darüber zu beraten, wie seine Lösung aussehen sollte. Es ist wirklich auf das Problem zugeschnitten.“ 

Ein Beispiel für diese Anpassungsfähigkeit ist ein Feuerwehrroboter, der von einem Robotik-Team aus 12 Personen entwickelt wurde. Anfangs wurde der Roboter ferngesteuert, was es Feuerwehrleuten ermöglichte, ihn sicher aus der Ferne zu bedienen. Um jedoch seinen Einsatz zu skalieren, benötigte der Roboter mehr Autonomie – damit ein einzelner Operator mehrere Roboter überwachen kann, anstatt jeden einzeln zu steuern. 

„Dafür braucht jeder Roboter ein gewisses Maß an Autonomie“, erklärt Mitja. Das Team von TOPAS stellte Entscheidungsfindungs-Software zur Verfügung, die es dem Roboter ermöglichte, Sensordaten zu interpretieren, seine Umgebung zu kartieren und autonom durch brandbetroffene Gebiete zu navigieren. Die Anpassungsfähigkeit der Software bedeutet, dass Kunden Autonomie in verschiedene Systeme integrieren können, ohne von vorne zu beginnen. 

Anwendung von Autonomie auf Weltraumsysteme 

Während TOPAS‘ Lösungen weit verbreitet in der terrestrischen Robotik eingesetzt werden, stammt ein Großteil ihrer Expertise aus der Lösung mathematischer Herausforderungen in der Raumfahrtindustrie. Raumfahrzeuge, Rover und Satelliten operieren in abgelegenen, unvorhersagbaren Umgebungen, wo menschliche Intervention in Echtzeit oft unmöglich ist. Dies macht Autonomie zu einer kritischen Anforderung für Weltraummissionen. 

Durch die Teilnahme am ESA BIC Northern Germany Inkubationsprogramm erweitert TOPAS seine Verbindung zur Raumfahrttechnologie. „Das ESA BIC-Programm ist wirklich Teil eines Ökosystems hier in Bremen, daher haben wir schon viele Male davon gehört und haben Kontakt zu vielen Alumni des Programms. Wir haben Projekte zusammen mit Drift+Noise, Trilitec und Marble Imaging. Also haben wir immer gute Dinge darüber gehört, aber der Hauptgrund für den Beitritt ist erstens, weil wir unsere Dienstleistungen in den Weltraum erweitern möchten. Unser Ursprung waren immer Weltraumanwendungen und Algorithmen“, sagt Mitja.

Team TOPAS. Bildnachweis: TOPAS ©2025

Aufbau der Zukunft intelligenter Autonomie 

In den nächsten Jahren möchte TOPAS seinen Kundenstamm erweitern und sein Autonomie-Framework weiter zu einem Software-as-a-Service-Modell entwickeln. Das Ziel ist es, intelligente Autonomie für KMU zugänglicher zu machen, die nicht über interne KI- und Robotik-Expertise verfügen. 

„Wir haben unseren ersten Kunden für das Autonomie-Framework, und wir möchten diese Zusammenarbeit stärken“, erklärt Mitja. „Wir möchten auch im kommenden Jahr zwei weitere Kunden gewinnen. Echte Roboter zu sehen, die mit unserem Framework operieren, ist unser Hauptfokus.“ 

Das Team arbeitet auch daran, das Bremen Autonomous Systems Meetup zu vergrößern, eine ihrer Initiativen, die als Vernetzungszentrum für Forscher und Industriefachleute dient, die in der Autonomie arbeiten. Das Ziel ist es, mehr als 200 Menschen in Bremens Technologie-Ökosystem zu verbinden und den Wissensaustausch in Robotik und KI zu fördern. 

Durch die Bereitstellung eines flexiblen, forschungsgetriebenen Ansatzes für Autonomie hilft TOPAS kleinen und mittleren Unternehmen dabei, intelligente Entscheidungsfähigkeiten in ihre Systeme zu integrieren. Ob in der Brandbekämpfung, Weltraumerkundung, Landwirtschaft oder Industrieautomatisierung – ihr modulares Software-Framework macht fortschrittliche Autonomie zugänglicher, anpassbarer und skalierbarer. 

Mit seinen starken Wurzeln in Bremens Innovationsökosystem und seinem wachsenden Netzwerk durch ESA BIC Northern Germany ist TOPAS bereit, ein Marktführer in mathematikgetriebenen Autonomie-Lösungen zu werden – und hilft Unternehmen dabei, die komplexen Herausforderungen der Robotik und KI mit intelligenter, anpassbarer Software zu bewältigen. 

Unter folgenden Links kannst du mehr über TOPAS erfahren:
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Über ESA BIC Northern Germany  

Das Inkubationszentrum (BIC) der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) in Norddeutschland (ESA BIC Northern Germany) hat seinen Sitz gemeinsam mit dem Luft- und Raumfahrtverband des Landes Bremen im Bremer Innovations- und Technologiezentrum BITZ sowie dem Digital Hub Industrie – zwei von Bremens größten Innovations- und Technologiezentren für Hightech-Unternehmen und Startups. Das ESA BIC Northern Germany bringt neue Startup-Impulse in die Region und stärkt somit das Innovationscluster Luft- und Raumfahrt des Landes Bremen. Der AVIASPACE BREMEN e.V. unterstützt die Raumfahrt Incubatees mit seinem Netzwerk, der Öffentlichkeitsarbeit und gezielten Coachings nicht nur während der Inkubationszeit, sondern auch in der Phase der Antragsstellung und im Anschluss als Alumni. Das STARTHAUS Bremen & Bremerhaven  ist die zentrale Anlaufstelle im Bremer Gründungsökosystem und unterstützt die Startups zu allen Fragestellungen der Geschäftsentwicklung sowie zur Finanzierung. Gemanagt wird das ESA BIC Northern Germany von der Anwendungszentrum GmbH Oberpfaffenhofen (AZO), einem internationalen Netzwerk- und Brandingunternehmen für europäische Raumfahrtprogramme.   

Seit 2021 bietet das ESA BIC Northern Germany seinen Service auch an Startups mit Raumfahrtbezug in Schleswig-Holstein an. Das Technikzentrum Lübeck mit GATEWAY49, AviaSpace und AZO betreiben gemeinsam diese Erweiterung des ESA BIC Northern Germany. Seit 2024 bietet der Innovationport Wismar der Forschungs GmbH Wismar gemeinsam mit AviaSpace und AZO ebenfalls den Zugang zum ESA BIC Northern Germany an. Es ist weiterhin geplant das ESA BIC Northern Germany auf die nördlichen Bundesländer Hamburg, Niedersachsen und Berlin-Brandenburg auszuweiten.  

Die technische Unterstützung des ESA BIC Norddeutschland wird von Fraunhofer IFAM,  Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz DFKI, DLR-RY Institut für Raumfahrtsysteme, Alfred-Wegener Institut für Polarforschung AWI, Hochschulen im Land Bremen  Bremen inklusive verschiedener Institute wie z.B. Institut für Umweltphysik, Universität Lübeck, TH Lübeck, Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation ZARM, Life Science Nord, Airbus Group, ArianeGroup, AES Aircraft Elektro/Elektronik System, Dräger, DSI Aerospace, Possehl und OHB angeboten.