Mit KI und Drohne auf der Suche nach Meteoriten in der Wüste

Meteoriten sind kostbare Boten aus den Tiefen des Weltalls. Leuchtet eine Sternschnuppe am Himmel, bleibt manchmal ein kleiner Brocken zurück, der irgendwo auf der Erde landet. Forschende machen sich dann auf die Suche nach diesen kosmischen Steinen.

Bei der Suche helfen ihnen die "Global Fireball Observatories" (GFO), die ihre Kameras in den Himmel richten, um Meteoriten zu sichten, die in die Atmosphäre eintreten. In Australien gehören die Beobachtungsstationen des "Desert Fireball Networt" des Space Science and Technology Centre der Curtin University zu dem globalen Netzwerk.

Am 1. April 2021 beobachteten die Stationen Mundrabilla und O’Malley im Osten Australiens einen Feuerball, der für 3,1 Sekunden lang hell leuchtete. Er wurde in 87 Kilometern Höhe mit einer Geschwindigkeit von 25,4 Kilometern pro Sekunde sichtbar. Auf 25 Kilometern Höhe flog er nur noch 8,4 Kilometer in der Sekunde und seine Flugbahn hatte eine Neigung von 64 Grad. Und er sollte zwischen 150 und 700 Gramm wiegen. Allerdings ist es schwierig, aus nur zwei Beobachtungspunkten – die auch noch in etwa 150 und 470 Kilometern von der mutmaßlichen Landestelle entfernt sind – exakt zu berechnen, wo der Meteorit aufgetroffen sein müsste. Die Auswertung seiner Flugbahn ergab, dass er mit 90-prozentiger Wahrscheinlichkeit in einem 5,1 Quadratkilometer großen Wüstenareal liegt.

Wer für die Meteoriten-Suche ausschwärmt

Der übliche Vorgang nach einem solchen Meteoriten-Einschlag ist, dass ein Team von Freiwilligen ausschwärmt und das Gebiet systematisch durchkämmt, um den kosmischen Stein im Wüstensand zu finden. Bei einer Fläche von der Größe, die genau zwischen Bremen und Hamburg liegt, ist das ein unmögliches Unterfangen. Also haben die Forschenden der Curtin University das von ihnen entwickelte System ausprobiert, das auf Drohnen und einem KI-Algorithmus basiert.

Zur Entwicklung hatten sich die Forschenden Meteoriten vom Westaustralischen Museum ausgeliehen, sie in den Wüstensand gelegt und Bilder von ihnen gemacht. Da Meteoriten durch die gewaltige Hitze, die beim Eintritt in die Atmosphäre auf sie einwirkt, eine glasartige Schmelzkruste entwickeln, sind sie von anderen Steinen dadurch zu unterscheiden. Mit diesen Bildern haben sie ein neuronales Netzwerk trainiert. Die größte Herausforderung sei – so die Forschenden – gewesen, falsch-positive Ergebnisse zu begrenzen.

Der Meteoriteneinschlag am 1. April war dann die Gelegenheit, das neue System zu testen. Ein Forschungsteam reiste mit zwei Drohnen und der KI auf seinem Feld-Computer in die Wüste. Zuerst ließen die Forschenden die große Drohne systematisch über das Gebiet fliegen und filmen. Die DJI M300-Drohne mit montierter Zenmuse P1-Kamera benötigte etwa drei Tage, um das gesamte Untersuchungsgebiet abzudecken. Dabei flog sie nach einem festen Raster mit 20-prozentiger Überlappung der abgeflogenen Flächen.

Verwechslung mit Wüstenblume und Kängurus

Nach jedem Flug wertete die KI die aufgenommenen Bilder aus – jedes Bild mit einer Auflösung von 1,8 Millimetern pro Pixel. Der Algorithmus zerlegt die Bilder der Drohne in 125 x 125 Pixel große Kacheln und analysiert diese dann. Die offensichtlich falsch-positiven Funde sortierten zwei menschliche Teams aus – so hat die KI beispielsweise eine Vorliebe für die lila-farbenen Blüten einer Wüstenblume und für Kängurus.

Alle nicht offensichtlich falschen Ergebnisse, flog dann eine zweite, kleinere Drohne an. Alle Funde, die dann immer noch nach dem Meteoriten aussahen, nahmen Leute aus dem Team direkt in Augenschein. Nach vier Tagen war der Meteorit gefunden – er war einer der ersten, den die große Drohne gekennzeichnet hatte und der erste, der überhaupt von einer Drohne und KI gefunden wurde. Er lag unberührt im Sand, wog gerade einmal 70 Gramm und lag nur 50 Meter von der Stelle entfernt, die die Computer des Desert Fireball Networt extrapoliert hatten. Statt der üblichen 350 hatten die Forschenden gerade einmal 12 Personen-Arbeitstage für die Suche benötigt.

(jsc)