Um unser Verständnis über die im Ozean und auf dem Mond ablaufenden Prozesse deutlich zu verbessern, sind die mithilfe von Sensoren erhobenen ökologischen Daten in Echtzeit in verschiedenen räumlichen und zeitlichen Skalen erforderlich. Sensoren und Sensornetze dienen der Überwachung und sind für ein breites Spektrum von Umgebungen z.B. innerhalb von Meeres- und Raumfahrt-Forschungsinfrastrukturen einsetzbar. Für stationäre (z.B. Lander und Observatorien) und mobile (z.B. Schlepp-Systeme, ROV, AUV, HROV und Crawler) Anwendungen werden daher robuste, zuverlässige und transportable Sensoren und Probenahme-Systeme benötigt. Für die Zielumgebungen sind meist dynamische Wechselwirkungen von chemischen, biologischen und physikalischen Prozessen charakteristisch. Diese Prozesse werden stark durch die Entnahme von Probenmaterial modifiziert und die endgültigen Analysen der Proben reflektieren nicht die realen Bedingungen. Somit bieten in situ-Untersuchungen die einzige Möglichkeit, einen optimalen Eindruck über biogeochemische und geologische Funktionen in extremen Umgebungen zu erhalten.
Das wichtigste Ziel dieses Forschungsthemas ist es, ein technologisches Umfeld für Instrumente wie z. B. Sensoren, Probenahmegeräte, Positionierung- und bildgebende Systeme zu bieten. Vergleichbar mit einem Baukasten können die verschiedenen Module kombiniert und nach Belieben konfiguriert werden, so dass für die Wissenschaftler die Möglichkeit besteht, Sensor-und Probenahme-Systeme oder den experimentellen Aufbau speziell nach den wissenschaftlichen Anforderungen zu designen. Kontrolleinheiten, mit denen die einzelnen Module verbunden werden, ermöglichen die Erkennung, Integration und Kommunikation der verschiedenen Module. Diese Kontroll- oder Steuereinheiten dienen auch als Schnittstelle zwischen den Modulen und ermöglichen eine synchronisierte Datenaufzeichnung und Ereigniskontrolle. Die Instrument-Systeme können entweder stationär z.B. in Observatorien integriert oder auf mobilen Fahrzeugen wie Crawler, ROV und AUV montiert werden. Über Docking-Einheiten können die Instrument-Systeme an andere Instrument-Systeme angeschlossen werden oder mit anderen Systemkomponenten, z.B. ROV, ozeanographische Messplattformen kommunizieren.
Ein Schwerpunkt dieses Forschungsthemas wird die Miniaturisierung der einzelnen Module sein. Die Forschung zielt darauf ab, das Angebot der biogeochemischen Sensorsysteme für routinemäßige Messungen, die wiederholt synoptische Analysen in Raum und Zeit liefern kann, zu erweitern. Im Thema 4000 sind die Arbeitspakete Instrument Integration (AP 4100), Integrierte Sensorsysteme (AP 4200) und Beprobungsgeräte (AP 4300) verankert.