Drohne stets zu Diensten

Unbemannte Fluggeräte gelten bei vielen immer noch als Hype. Dabei können sie weitaus mehr, als günstige Luftbilder zu schießen, und werden den Luftraum verändern.

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Unbemannte Fluggeräte gelten bei vielen immer noch als Hype. Dabei können sie weitaus mehr, als günstige Luftbilder zu schießen, und werden den Luftraum verändern.

Sehen so die Kellner der Zukunft aus? Eine kreuzförmige Konstruktion, getragen von rotierenden Flügeln mit einer kleinen, runden Plattform in der Mitte, auf die gerade mal ein Sektglas passt? Raffaelo D'Andrea, Professor für Dynamische Systeme und Kontrolle an der ETH Zürich, konnte das Publikum der TEDGlobal-Konferenz 2013 in Edinburgh jedenfalls davon überzeugen, dass seine Drohnen in Sachen Geschicklichkeit und Schnelligkeit menschliches Service-Personal locker an die Wand spielen.

Mit einem futuristisch anmutenden Zeigegerät – eine Art Pfeil mit silbrigen, tischtennisballgroßen Kugeln an den Enden und an der Spitze – dirigierte D'Andrea einen Quadrokopter durch den Raum, ließ ihn hin und her flitzen, hoch und runter, ohne auch nur einen Tropfen zu verschütten. Das Publikum gab Szenenapplaus. Dabei ist die Nummer mit dem Sektglas noch eine vergleichsweise einfache Übung, wie D'Andrea erklärt: Schwerkraft und Trägheit wirken auf den Kopter, das Glas und den Inhalt in gleicher Weise, und beidem entgegen wirken die Propeller.

Um etwa aus schnellem Flug abzubremsen, muss sich das Fluggerät entgegen der Bewegungsrichtung schräg stellen – und verhindert genau dadurch, dass der Inhalt aus dem Glas schwappt. Alle seine Drohnen sind mit silbrigen Kugeln ausgerüstet. Spezialkameras erfassen deren Bewegung im Raum blitzschnell und zentimetergenau – "ein Innenraum-GPS" nennt es Raffaello D'Andrea. Seine Flugroboter balancieren lange, dünne Stangen, spielen Badminton miteinander, fliegen im Verbund zum Takt von Musik und vollführen blitzschnelle Dreifachsaltos auf der Stelle.

Doch wie ein gnadenloser Zirkusdirektor treibt D'Andrea seine Maschinen immer wieder an die Grenze der Leistungsfähigkeit. Um etwa einen Dreifachsalto mit identischem Ausgangs- und Endpunkt zu schaffen, ist auch das Positionserfassungssystem zu langsam. Also lässt der eloquente Professor seine Maschinen trainieren: Verfehlen sie die Endposition, vollführen sie den Salto so lange, bis es klappt. Sein Ziel: "Maschinen zu bauen, die aus Erfahrung lernen, sich anpassen und ihr Wissen an andere Maschinen weitergeben können." Ob eines Tages tatsächlich Drohnen zu Hilfskellnern werden, spielt für ihn als Grundlagenforscher aber erst mal keine Rolle.

Ganz anders bei Chris Anderson. Der ehemalige Chefredakteur des US-Technologiemagazins "Wired" ist überzeugt: "Das Zeitalter der Drohnen hat begonnen." Amazon-Chef Jeff Bezos hatten Beobachter für seine Ankündigung der Paketauslieferung per Drohnen mit einigem Recht der Schaumschlägerei bezichtigt – schließlich bleiben die kleinen Kopter aufgrund ihrer geringen Batteriekapazität bislang kaum mehr als 20 Minuten in der Luft. Anderson jedoch kann man zwar ebenfalls Werbung in eigener Sache unterstellen – aber kaum leere Worte. Der Tech-Journalist gründete 2012 das Drohnen-Start-up 3D Robotics und die Bastler-Community DIY Drones. Sie hat mittlerweile 50000 Mitglieder.

Anderson vergleicht diese Szene der Drohnen-Enthusiasten mit den frühen PC-Freaks: "Noch geht es vor allem ums Ausprobieren, einfach weil's Spaß macht", sagt er. Mit Betonung auf "noch". Wenn die These stimmt, wird Drohnen also eine ähnliche Entwicklung wie Computern beschieden sein, vom Nischenprodukt zum alltäglichen und allgegenwärtigen Gebrauchsgegenstand. Tatsächlich dringen kleine unbemannte Fluggeräte in immer mehr Bereiche des Lebens vor. Noch sind Foto- und Videokameras zwar die häufigsten Nutzlasten, die Drohnen in aller Welt durch die Lüfte tragen. Denn sie lassen sich vielfältig einsetzen – von der Fernsehaufnahme über die technische Inspektion bis zur Kartografie. Doch das ändert sich zusehends. Weil sie so vergleichsweise einfach zu fliegen sind, wecken sie eine ungeahnte Kreativität.

Wo also werden wir diesen unbemannten Fliegern künftig begegnen? Eine Ahnung davon geben die bereits heute verwirklichten Projekte. Luftfotos und Videoaufnahmen per Drohne finden im Journalismus Verwendung oder in der Immobilienbranche, um Dossiers exklusiver Objekte zu bebildern. Tierschützer jagen Wilderer mit Drohnen, jüngst erklärte die chinesische Regierung gar, sie wolle mit Drohnen den Smog in Großstädten bekämpfen, indem sie in besonders belasteten Stadtvierteln schadstoffbindende Chemikalien in der Luft versprühen. In Kartografie und Geowissenschaften beschaffen Drohnen schnell und kostengünstig aktuelle Daten.

In der Landwirtschaft können Drohnen den Ertrag und die Gesundheit riesiger Weizenfelder oder unzugänglicher Weinberge überwachen. Und Facebook denkt nach jüngsten Berichten sogar darüber nach, mit solargetriebenen Flugzeugen in etwa 20 Kilometer Höhe eine Art Kommunikationsnetz aufzubauen. Angeblich will das soziale Netzwerk die Firma Titan Aerospace kaufen. Deren UAVs sollen als "Atmosphären-Satelliten" jahrelang autonom umherfliegen und so per Funk das Internet in Gegenden bringen können, die bisher vom weltweiten Netz ausgeschlossen sind. Eine Bestätigung fehlte bis Redaktionsschluss.

Um zu zeigen, dass Drohnen sich auch heute schon in der rauen Wirklichkeit beachtlich schlagen, ist Adam Klaptocz bis auf 4478 Meter über Meereshöhe geklettert. Auf dem Gipfel des Matterhorns holt er einen Tablet-Computer, zwei schwarz-gelbe Flügel und einen unscheinbaren flachen Rumpf mit einem kleinen Propeller aus dem Rucksack. Zusammengesteckt ergeben diese Teile ein "fixed wing UAV", also eine Flugzeug-Drohne mit starren Tragflächen. Auf dem Tablet checkt Klaptocz den Status, dann nimmt er das Flugzeug in die Hände, hält es vor seinen Körper – und entlässt es mit einem leichten Schwung der Arme in die Freiheit.

"Drone Adventures" nennt sich die Non-Profit-Organisation, die hier am Werk ist. Adam Klaptocz, der beruflich Produkte beim Schweizer Drohnenhersteller senseFly entwickelt, hat sie im März 2013 mit einigen Kollegen und Gleichgesinnten in Lausanne gegründet. "Damals, als ich in meiner Master- und dann Doktorarbeit an Drohnen gearbeitet habe, kannte man Drohnen nur im militärischen Kontext", erzählt er. "Jeder hatte Angst vor Drohnen." Über die vielen positiven Einsatzmöglichkeiten wüssten viele dagegen viel zu wenig. Das versucht Drone Adventures durch möglichst spektakuläre und altruistische Drohneneinsätze zu ändern. "Mit Drohnen kann man den Menschen und der Umwelt helfen – sie können wundervolle, positive Sachen machen." Ganz uneigennützig sind die Aktionen natürlich nicht. Schließlich erhofft sich Klaptocz' Arbeitgeber von ihnen auch ein besseres Image für seine Fluggeräte.

Die sogenannte "eBee" zur Vermessung des Matterhorns etwa ist eine Spende des Unternehmens. Dank YouTube-Video erreicht das Projekt auch den heimischen Sessel: Von dort aus kann nun jeder mitverfolgen, wie Klaptocz' Drohne in der Wand des Berges startet. Sie steigt von dort auf über 4700 Meter, wo ihre Mission beginnt. Siebenmal fliegt sie auf unterschiedlicher Höhe an der Westwand des Matterhorns vorbei. Das Ziel der Mission: den markanten Berg dreidimensional in nie da gewesener Exaktheit zu vermessen. Dazu ist gleichzeitig noch ein weiteres Team im Einsatz, das weiter unten zusätzliche eBees auf Erkundungsflüge schickt.

Insgesamt absolvieren die Drohnen an diesem Tag elf Flüge mit einer Gesamtlänge von 264 Kilometern. Dabei entstehen knapp 2200 hochauflösende Fotos, die jede Stelle des Berges aus unterschiedlichen Perspektiven zeigen. Daraus kann eine Auswertungssoftware auf einem Computer die dreidimensionale Oberflächenstruktur ermitteln: Dazu gleicht sie die Fotos untereinander ab und berechnet mithilfe von Triangulationen die Lage einzelner Punkte im Raum. Im Fall des Matterhorns sind es 300 Millionen Punkte – damit ist der Berg nach Angaben von Drone Adventures und senseFly mit einer Auflösung von durchschnittlich 20 Zentimetern erfasst.

Welcher Nutzen sich daraus ergeben kann, haben die Drohnenabenteurer bei Einsätzen in Haiti oder zuletzt im peruanischen Lima erlebt. Dort erstellten sie Karten und 3D-Modelle ganzer Regionen. "Teilweise wissen die Menschen überhaupt nicht, wie ihre Stadt aussieht, weil das Einzige, was ihnen zur Verfügung steht, mehrere Jahre alte Satellitenbilder sind", erzählt Klaptocz. "Dann zeigst du ihnen eine aktuelle Karte, und sie beginnen, darauf herumzuzeichnen, Pläne zu schmieden." Man könne förmlich zuschauen, wie die Gemeinschaft sich organisiere. Mit der Abbildung eines wuchernden Slumviertels in Lima etwa unterstützten sie ein Projekt des University College London. Seine Initiatoren wollen durch "partizipative Kartografie" eine gerechtere Stadtentwicklung vorantreiben und den Dialog zwischen den bitterarmen Einwohnern und den städtischen Entscheidungsträgern verbessern.