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Technology Review

Autonome Drohnen: Exakte Landung mit Ultraschall

Ultraschall-Lautsprecher sollen Flugdrohnen sehr exakte Landungen ermöglichen, ohne auf ein Differential-GPS angewiesen zu sein. So gelingt auch die Landung auf sich bewegenden Fahrzeugen.

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schwarze Drohne in Form eines Helikopters

Das Symbolbild zeigt eine Drohne des chinesischen Anbieters Eastwings.

(Bild: Daniel AJ Sokolov)

Sollen Flugdrohnen autonom punktgenau nach Hause zurückkehren, ist eine sehr genaue Positionsbestimmung erforderlich. Das geht gemeinhin mittels Differential-GPS, bei dem eine Bodenstation Korrekturdaten für die GPS-Positionierung aussendet. Will man sich aber nicht auf GPS verlassen, wird es schwierig. Forscher der US-Navy haben ein Ultraschallsystem entwickelt, um autonomen Drohnen den Heimweg zu weisen.

Das System heißt MUTE (Multipurpose Ultrasonic Trans-receiver for Electronic Warfare) und wurde vom US Naval Research Laboratory (NRL) entwickelt. Derzeit besteht es aus je einem Ultraschallsender und einem Ultraschallempfänger am unbemannten Ziel und auf der autonomen Flugdrohne. Gesendet wird im 100-Hertz-Takt. Damit kann ohne GPS auf +/- drei Zentimeter genau gelandet werden. "Das gelingt auch, wenn das Ziel ein sich bewegendes Bodenfahrzeug ist", sagte Matthew Kelly vom NRL im Gespräch mit heise online auf der Drohnenmesse Xponential in Denver.

Matthew Kelly, Principal Investigator am US Naval Research Laboratory, auf der Xponential 2018

(Bild: Daniel AJ Sokolov)

"Ultraschall hat die geringste Größe, das geringste Gewicht und benötigt die geringste Energie", schilderte Kelly die Vorzüge im Vergleich zu anderen Methoden, "Außerdem können wir mit dem Ultraschallsignal auch Informationen übermitteln, beispielsweise Identifikatoren abfragen oder eine Landeerlaubnis erteilen." Theoretisch sind auch andere Methoden geeignet, die aber jeweils Nachteile haben: Radar- und Lidar-Module könnten zusätzlich für andere Zwecke eingesetzt werden, sind aber schwer und energiehungrig. Auf Flugdrohnen, bei denen jedes Gramm zählt, sind sie daher nur selten zu finden.

"Funk erfordert eine sehr exakte Uhr, und Licht braucht mehr Energie als Ultraschall. Beides kann außerdem aus der Distanz beobachtet werden, während Ultraschall kaum auffällt", erklärt Kelly. Das ist für die Kriegsmarine von Vorteil. Als nächsten Schritt will der Forscher ein Ultraschallsystem mit jeweils mehreren Emittern konstruieren, um die Roll-Nick-Gier-Winkel des Landepunktes sowie die Distanz ermitteln zu können. Damit soll dann auch die autonome Landung auf Schiffen auf See gelingen.

Protoyp des Stangenkopters des US NRL

(Bild: U.S. Naval Research Lab)

Für den schnellen Start auf Kriegsschiffen hat das NRL übrigens auch etwas parat: Eine stangenförmige Rotordrohne namens Nomad, die aus einem Rohr abgeschossen wird. In der Stange befinden sich Motor, Batterie, Elektronik und Sensoren. An jedem Ende der Stange ist je ein Zweiblattrotor angebracht, der sich nach dem Abschuss entfaltet.

Die größte Herausforderung in der Entwicklung war dabei nach Angabe des NRL die autonome Steuerung, die die Stange nicht nur nach dem Abschuss stabilisiert, sondern auch im fortdauernden Flug senkrecht hält und ein Trudeln verhindert. Der schnelle Start ist für die Kriegsmarine interessant, weil im Kampf oft reges Kommen und Gehen an Deck eines Flugzeugträgers herrscht. Durch den Abschuss geht die Drohne anderen Fluggeräten schneller aus dem Weg als bei einem herkömmlichen Start. (ds)

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