Drohnen mit Orientierungssinn

10. November 2015
3-d-mapping-drone-ethz-sense-of-direction-asctec-firefly

Drohnen mit einem Orientierungssinn? – Ja, das gibt es. Eine kleine Gruppe Forschender der ETH Zurich hat das autonome Erstellen einer dreidimensionalen Umgebungskarte unbekannten Terrains erfolgreich getestet.

Gute Nachrichten für kommerzielle Drohnenpiloten

In der kommerziellen Drohnenindustrie werden unbemannte Systeme bereits für komplexe Aufgaben beispielsweise in der Inspektion von Energieanlagen oder in der Landwirtschaft genutzt. Doch in vielen speziellen Anwendungen ist immer noch ein erfahrener Pilot gefragt, der beim Einsatz in anspruchsvollem Gelände den Überblick und die Kontrolle behält. Selbst bei automatisierten und semi-automatischen Funktionen basieren in der Regel auf vorab erstellten Wegpunktkarten.

Autonomie für schwierige Anwendungen

Die Forscher der Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich) machen nun Drohnen weitgehend unabhängig. In einer Demonstration ist es Ihnen gelungen eine Drohne eine unbekannte Umgebung vollständig dreidimensional zu rekonstruieren. Nach minimalem Input eines Piloten, erforschte die Drohne das Terrain und generierte selbstständig eine Flugpfad, vorbei an Hindernissen, durch den unbekannten Raum.

„Zum ersten Mal überhaupt ist es gelungen per Drohne eine vollständige 3-D-Karte zu erstellen, sich dann darin zu orientieren, und basierend auf diesen Informationen die Drohne autonom eine Flugplanung durchführen lassen zu können,“ sagt der Forscher Michael Burri, der an diesem Projekt mitgewirkt hat.

Der Einsatz einer solchen Sensor- und Software-basierten autonomen Navigationslösung würde den kommerziellen Drohneneinsatz in vielen Fällen stark vereinfachen. Im ersten Schritt würde ein Pilot eine Befliegung durchführen. Die Drohne würde dabei eine dreidimensionale Karte von Umgebung und Objekt erzeugen, um anschließend einen Inspektionsflug selbstständig durchführen zu können.

Was die Drohne begehrt: Tiefenkameras, Sensoren & smarte Algorithmen

Das Team der ETH Zürich verwendete einen kleinen AscTec Firefly Quadrokopter von einem Kilo Eigengewicht. Zusätzliche Nutzlasten waren Stereokameras und Sensoren zur Messung von Geschwindigkeit, Orientierung und Gravitation. Eine stillgelegte Industriehalle mit jeder Menge Kabelschächten und industriellen Anlagen hat den Forschern das ideale Szenario für einen anwendernahen Test geboten.

Bei einem kleinen Testflug mit Sicherheitsabstand sammelt der unbemannte Flugroboter visuelle Informationen und gleicht diese mit den Daten, die parallel aus den Bewegungs- und Orientierungssensoren gewonnen werden, ab. Anhand dieser Informationen wird die dreidimensionale Karte des Raumes aufgebaut. Bereiche, die Hindernisse enthalten werden automatisch geblockt. Ist die Karte generiert, kann die Drohne vollautonom, kollisionsfrei und maximale effizient das Gelände befliegen.

Erster vollautonomer Onboard-Test

„Die einzelnen Kartierungstechniken und Messmethoden sind bereits im Rahmen früherer Tests erfolgreich durchgeführt worden. Doch nie zuvor in Kombination an Bord einer autonomen Drohne,“ sagt Wolfram Burgard, Professor für Autonomous Intelligence Systems an der Universität Freiburg. „Das ist nun ein wichtiger Schritt für reale Anwendungen wie Drohneninspektion und Drohnenvermessung. Den Forschungsbericht war erst vergangenen Monat auf der IROS International Conference on Intelligent Robots and Systems in Hamburg präsentiert worden.

Allerding hat diese außerordentliche Fähigkeit autonom die Umgebung zu kartieren und seine Navigation dahingehend anzupassen seinen Preis: weniger Flugzeit. In „voller Montur“ mit Onboard-Computer und allen benötigten Sensoren kommt der AscTec Firefly im Rahmen des Experiments auf eine Gesamtflugzeit von nur 7 Minuten. Eine Reduktion um fast 50 %, da die Forschungsdrohne regulär auf Flugzeiten um die 15 Minuten kommt. Bedenkt man, so Burri, dass die Drohnenentwicklung rasant ist und neuere Modelle mit derselben Nutzlast auf Flugzeiten bis zu 20 Minuten kommen, so ist das kein entscheidendes Problem.

So beispielsweise AscTec Neo, der neue Forschungsflugroboter von Ascending Technologies. Der vollredundante Hexacopter wird ab Q3 2016 für forschende Universitäten und Entwicklungslabors erhältlich sein. Die Mikrodrohne kommt auf Spitzenflugzeiten von bis zu 26 Minuten – natürlich in Abhängigkeit von der jeweiligen Nutzlast und den Flugkonditionen des Testszenarios. Für weitere Informationen rund um den AscTec Neo sehen Sie hier das AscTec Neo Datenblatt.

Burri und seine Forschungspartner sind bereits einen Schritt weiter und wollen die Reaktionszeit des unbemannten Flugsystems verbessern. Ziel ist es, Veränderungen beispielsweise durch Bewegung im Raum, die bisher auf der Karten nicht erfasst waren und von der Drohne nicht berücksichtigt wurden, wahrzunehmen und automatisch auszuweichen. Ein Aufprallschutz, der Menschen und andere Luftfahrzeuge detektieren würde, um Kollisionen zu vermeiden wäre ein essentielles Feature für jede Drohnenanwendung.

http://www.technologyreview.com/news/542816/a-drone-with-a-sense-of-direction/

RSS
Facebook
Google+
http://www.asctec.de/ethz-drones-with-a-sense-of-direction">
Twitter
SHARE