Durch den dichten Wald: Drohnen fliegen auch bei Hindernissen in Formation
Ein neuer Navigationsalgorithmus ermöglicht es den fliegenden Robotern eigenständig, auch bei vorhandenen Barrieren formiert zu fliegen.
Simulation des Drohnenalgorithmus.
(Bild: Zhejiang University)
Eine Drohne automatisiert durch enge Räume wie einen Wald voller Bäume zu steuern, ist schon schwer genug – doch was ist mit einem ganzen Schwarm? Forscher an der Zhejiang University im chinesischen Hangzhou haben nun einen neuen Navigationsalgorithmus präsentiert, mit dem die Flugroboter geschickt wie unfallfrei an sämtlichen Stämmen und Geästen vorbeifliegen sollen.
Die neue autonome Navigationstechnik namens "EGO-SWARM" verfolgt einen dezentralen wie asynchronen Ansatz. Die relevanten Daten werden im Schwarm dennoch intelligent ausgetauscht, ausgewertet und umgesetzt. Der Quellcode des Verfahrens wurde freigegeben.
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Kollisionsfrei und formationstreu
Die übliche Technik, mit der einzelne Drohnen Kollisionen vermeiden, ist die rasche Kartierung der in der Nähe befindlichen Hindernisse mittels eingebauter Kamera und Auswertungsrechner, um dann zu reagieren. Diese Daten kombiniert das Entwicklerteam über ein drahtloses Netzwerk, über das die Drohnen ihre Flugrouten miteinander teilen. Die Flugroute wird in Echtzeit angepasst und die Drohnen bleiben trotzdem in Formation. Die Drohnen werden so programmiert, dass ein Kollisionsrisiko als Penalty eines nichtlinearen Optimierungsproblems aufgefasst wird. Entsprechend versucht die Systeme, einen Aufprall in jedem Fall zu vermeiden.
Diese Technik erfordert wenig Rechenleistung und soll sogar dann funktionieren, wenn die drahtlose Verbindung schwächelt. In Simulationen ist es jedenfalls bis zu zehn virtuellen Drohnen möglich, kollisionsfrei und formationstreu durch dichtbewachsene Wälder zu schwärmen. Die Robustheit und Funktionsweise der Technik wurde auch an je drei realen Drohnen getestet, sowohl in Innenräumen, die mit vielfältigen Hindernissen ausgestattet wurden – sowie in einem tatsächlichen Wald, in dem Bäume allerdings etwa zwei Meter Abstand zueinander hatten. Die Höchstgeschwindigkeit der Drohnen betrug bei diesen realen Experimenten anderthalb Meter pro Sekunde.
Hoffnung auf Einsatz in Katastrophengebieten
Vielversprechend ist der Ansatz beispielsweise für Such- und Rettungsaktionen in Katastrophengebieten. Drohnenschwärme könnten dort effektiver Videomaterial sammeln und Werte erfassen, als dies einzelnen Flugrobotern möglich wäre.
Ein weiterer möglicher Einsatzbereich ist die ökologische Forschung. Lebensräume unter den Baumkronen könnten mittels Drohnen detailreicher vermessen werden. Eine Weiterentwicklung der "EGO-SWARM"-Technik soll die Beobachtungen der anderen Drohnen optimieren und ihre Fähigkeit verbessern, sich bewegende Objekte besser vorherzusehen. Dann könnten die Drohnen auch dynamischen Hindernissen im Schwarm flexibel ausweichen.
(bsc)
