Fliegen mit Käfig

Schweizer Wissenschaftler haben autonome Fluggeräte entwickelt, denen Kollisionen wenig ausmachen.

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Von
  • Ben Schwan

Schweizer Wissenschaftler haben autonome Fluggeräte entwickelt, denen Kollisionen wenig ausmachen.

Unbemannte Luftfahrzeuge (Unmanned Aerial Vehicles, UAV) erobern zunehmend den zivilen Luftraum: Zuletzt kündigte der E-Commerce-Riese Amazon an, in einigen Jahren sogar Pakete mittels automatischer Drohnen auszuliefern – innerhalb von 30 Minuten, sollte man in der Nähe eines Vertriebszentrums des Konzerns beheimatet sein. Was wie Science-Fiction klingt, wird auch bereits von Logistikdienstleistern wie UPS oder DHL getestet, die verstopften Straßen einfach davonfliegen wollen.

Das Problem der kleinen UAVs ist im Gegensatz zu bemannten Flugzeugen aber ihre Stabilität und Robustheit. Die Geräte sind einfach nicht sonderlich haltbar. Stürzen sie aufgrund technischer Fehler oder Zusammenstößen mit anderen Objekten ab, müssen sie häufig abgeschrieben werden. Zudem ergibt sich eine nicht unerhebliche Verletzungsgefahr selbst bei Minifliegern, sollte eine Drohne etwa in Stadtgebieten niedergehen.

Die Drohne kommt auch in komplizierten Innenräumen zurecht.

(Bild: EPFL)

Forscher an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) haben deshalb nun ein Projekt gestartet, mit dem kleine Drohnen richtig hart gemacht werden sollen. Das Team um die Computerwissenschaftler Przemyslaw Kornatowski und Adrien Briod hat ihr Flugsystem namens GimBall dazu in einen kugelförmigen Käfig aus verstärktem Kunststoff gesteckt. Die Drohne ist darin kardanisch in einem doppelten Kohlefaserring aufgehängt, kann sich also ständig stabilisieren, egal wie verrückt sich die Sphäre durch Einflüsse von Außen dreht.

Die meisten fliegenden Roboter setzten auf ein komplexes Netzwerk aus Sensoren, um Hindernissen, die in ihrem Flugumfeld auftauchen, auszuweichen, sagt Briod. Das sei aber eine eher unbequeme Methode aus technischer Sicht. "Die Sensoren sind schwer und fragil. Und sie versagen unter bestimmten Umständen schlicht, etwa, wenn die Drohne durch einen Bereich fliegt, in dem es viel Rauch gibt."

Das Innenleben des Fluggeräts.

(Bild: EPFL)

Zentrales Element von GimBall ist daher seine technologische Einfachheit, die an Fluginsekten erinnert. "Die kommen mit einer Kollision ziemlich gut klar. Ein Aufprall ist für sie nicht unbedingt ein Unfall. Sie sind von der Natur so gestaltet, dass sie einfach weiterfliegen können. In diese Richtung wollten wir mit unserer Forschung deshalb gehen", so der Computerwissenschaftler.

Eine von Kornatowski, Briod und ihren Kollegen entwickelte Software sorgt dabei dafür, dass der in seiner aktuellen Variante nur 34 Zentimeter große und 370 Gramm schwere Flugroboter auch dann wieder den gewünschten Kurs aufnimmt, wenn er einmal mit einem Objekt kollidiert ist. Dazu reichen zwei Propeller plus Steuerflossen, die in der Sphäre sitzen. Die Aufhängung sorgt dafür, dass GimBall seine Fluglage stets beibehält, erklärt Briod. "Die Idee dahinter ist, dass der Körper immer im Gleichgewicht bleiben kann, auch wenn es zu einem Treffer kam. Der Flug geht dann einfach in der vorher gewählten Richtung weiter."

Die Außenhülle ist hart im Nehmen.

(Bild: EPFL)

Das System ist für problematische Umgebungen und schwieriges Gelände optimiert. "Unser Ziel war es, mit dem System in Bereiche zu gehen, in die andere Roboter nicht gelangen können. Die an Bord befindliche Kamera gibt dem Steuernden dann einen Blick darauf." Der Flugroboter könnte beispielsweise in Krisensituationen eingesetzt werden, in ein halb eingestürztes Gebäude fliegen oder in einem verschneiten Berggebiet nach Vermissten suchen.

Bei einem Feldversuch in einem Schweizer Kiefernwald präsentiert sich GimBall bereits beeindruckend agil: Selbst wenn das System mehrfach von Bäumen – im Wortsinne – abgelenkt wird, fliegt es doch schnell die gewünschte Strecke ab, was im Test über mehrere 100 Meter klappte. "Die Mechanik muss dabei aber schon intelligent genug sein, weil komplexe Systeme zur Hindernisvermeidung nicht ausreichen", sagt Briod.

Das Schadenvermeidungsniveau der großen Vorbilder aus der Natur, der Fluginsekten, hat das EPFL-Team aber noch nicht erreicht. "Die sind immer noch besser als wir." Aber das kann ja noch werden. (bsc)