Flugschule für autonome Hubschrauber

Wissenschaftler der Stanford-Universität arbeiten an einem autonomen Flugsystem für Modellhubschrauber, das seine Fähigkeiten von menschlichen Piloten lernt.

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  • Paula Grüneberg

Der Hubschrauber kann sich selbst steuern, muss aber vorher bei erfahrenen Piloten in die Flugschule. Das ist die Idee hinter einem autonomen Flugsystem, an dem Informatiker der US-Universität Stanford arbeiten. Mit Hilfe des Systems lernt ein Modellhubschrauber auch schwierige Flugmanöver, die er bei menschlichen Modellpiloten beobachtet hat und nachahmt: Der kleine Helikopter verhält sich wie ein Lehrling. Mit dem lernenden System wollen die Forscher um Professor Andrew Ng einmal computergesteuerte Hubschrauber für den Einsatz in Gefahrensituationen entwickeln, die besser fliegen als ein menschlicher Pilot.

Dabei müssen sich die selbststeuernden Hubschrauber mit ihren Flugfähigkeiten an schwierigen Flugfiguren messen lassen, wie sie zum Beispiel auf Flugschauen gezeigt werden. Doch zu Beginn der Forschungsarbeit des Stanford-Teams konnten die Helikopter lediglich leichte Flugmanöver selbstständig ausführen. Ein fliegender Helikopter sei ein sehr instabiles System, erklären die Wissenschaftler, ständig brauche er Steuerimpulse, um in der Luft zu bleiben. "Der Helikopter möchte nicht fliegen. Er möchte immer nur umkippen und abstürzen", erklärt der an dem Projekt beteiligte Modellhubschrauberpilot Garett Oku das Problem.

Deshalb setzen Ng und sein Team bei der "Ausbildung" der kleinen Hubschrauber auf erfahrene Piloten wie Oku. Sie führen mit ferngesteuerten Modellen anspruchsvolle Flugfiguren aus, während das Team jede Bewegung ihres Hubschraubers aufzeichnet. Die Piloten wiederholen die Manöver mehrmals, wobei die Flugbahn des Helikopters bei jedem Mal leicht variiert. Algorithmen ermitteln anhand dieser Daten die optimale Flugbahn, die der menschliche Pilot für seine Figur sucht und diese wird vom computergesteuerten Helikopter übernommen.

Ein Teil der zur Kontrolle der notwendigen Instrumente ist am autonomen Hubschrauber befestigt, der Rest befindet sich am Boden. Zusammen überwachen sie Position, Flugrichtung, Ausrichtung, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Trudelbewegung des Helikopters in mehreren Dimensionen. Am Hubschrauber selbst befinden sich Beschleunigungsmesser, Kreiselinstrumente und Messgeräte der Magnetfeldstärke. Die genaue Position des Helikopters wird mit Hilfe eines GPS-Empfängers oder von Kameras am Boden verfolgt. Ein Bodencomputer verarbeitet die Daten, errechnet neue Fluganweisungen und sendet diese zwanzigmal in der Sekunde an den Helikopter.

Durch den ständigen Input vom Boden und die errechnete optimale Flugbahn schaffen es die computergesteuerten Helikopter tatsächlich, die komplizierten Flugfiguren der menschlichen Piloten zu übertreffen. Damit können die autonomen Fluggeräte beispielsweise in Krisengebieten eingesetzt werden, um Landminen aufzuspüren oder die Arbeit von Feuerwehrleuten bei Waldbränden erleichtern: Sie lokalisieren, an welchen Punkten der Brand am stärksten wütet, sodass die Einsatzkräfte sich schnellstmöglich dorthin oder davon weg bewegen können, ohne dass sich dafür menschliche Hubschrauberpiloten in Gefahr bringen müssen. (Paula Grüneberg) / (vbr)