Fliegende autonome Drohnen transportieren gemeinsam Lasten

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Ein Wissenschaftsteam der Delft University of Technology (TU Delft) hat einen Algorithmus entwickelt, der es mehreren fliegenden Quadkopter-Drohnen ermöglicht, gemeinsam schwere Lasten an Seilen transportieren zu können. Wie die Forscher ausführen, klappt das auch unter windigen Bedingungen. Drohnen sollen so etwa schwere Lasten zu Offshore-Plattformen bringen können, so die Vorstellung der Wissenschaftler.

"Die eigentliche Herausforderung liegt in der Koordination", erklärt Sihao Sun, Forscher der Robotik an der TU Delft. "Wenn Drohnen physisch miteinander verbunden sind, müssen sie aufeinander und auf externe Störungen wie plötzliche Bewegungen der Nutzlast reagieren. Herkömmliche Steuerungsalgorithmen sind dafür einfach zu langsam und zu unflexibel."

Konkret geht es darum, dass mehrere Drohnen gemeinsam eine schwere Last transportieren sollen, die unterhalb von ihnen mit Seilen befestigt ist, wie die Wissenschaftler in der Studie "Agile and cooperative aerial manipulation of a cable-suspended load" beschreiben, die in Science Robotics erschienen ist. Die Drohnen müssen sich dabei autonom so bewegen, dass die Last in der richtigen Richtung und Höhe bewegt wird, um keine Abstürze zu produzieren. Zudem müssen die Drohnen sich selbstständig so koordinieren, dass eventuell entstehende Pendelbewegungen der Last abgefangen und ausgeglichen werden.

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Der von den Forschern der TU Delft entwickelte Algorithmus passt sich an wechselnde Nutzlasten an. Auf sie einwirkende externe Kräfte werden dabei ausgeglichen. Sensoren an der Nutzlast werden nicht benötigt, schreiben die Wissenschaftler in der Studie. Die Position der Drohnen und der Last wird über ein System extern aufgestellter Motion-Capture-Kameras verfolgt und die Bilddaten werden von dem Algorithmus ausgewertet. Der berechnet daraus in Echtzeit die nötigen Steuerungsbefehle für die Quadkopter-Drohnen.

Nur in Innenräumen unter Laborbedingungen

Bis zu vier Drohnen können zugleich als Lastenträger eingesetzt werden. Sie koordinieren sich dabei autonom. Es reicht aus, das Ziel einzugeben. Den Rest erledigen die Drohnen selbst. Das funktioniert auch bei Wind, den die Forscher im Labor mit Ventilatoren simulierten.

Allerdings funktioniert das System durch die Abhängigkeit von externen Kameras derzeit nur in Innenräumen und unter Laborbedingungen, schränken die Wissenschaftler ein. Sie wollen die Technik nun anpassen, sodass sie praktisch eingesetzt werden kann. Dann sollen mehrere Drohnen auch im Freien gemeinsam Lasten transportieren können, die für eine einzelne Drohne allein zu schwer sind.

Die Forscher haben für ihre Technik bereits mögliche Anwendungsgebiete ausgemacht. Dazu zählen etwa der Transport von Baumaterialien in entlegene Gebiete, der Transport von Erntegut in Bergregionen, die Versorgung von Offshore-Anlagen auf dem Meer sowie die Unterstützung von Rettungsmissionen.

(olb)