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Drohne im Schnellflug

Algorithmus fliegt Drohnen erstmals schneller als menschliche Piloten

Drohne
Eine autonome Drohne fliegt durch Rauch. © Robotics and Perception Group/ Universität Zürich

Sieg für die Algorithmen: Zum ersten Mal hat eine autonome Drohne menschliche Profi-Drohnenpiloten übertroffen. Sie absolvierte einen Rundkurs mit mehreren Wegpunkten schneller als die von Menschen gesteuerten Modelle. Möglich wurde dies dank eines neuen Algorithmus, der der Drohne half, ihre Flugroute zu optimieren. Dieses Foto zeigt die siegreiche Drohne beim Flug durch Rauch – er soll die komplexen aerodynamischen Effekte beim Drohnenflug visualisieren helfen.

Drohnen sind mehr als nur Freizeitspaß und fliegende Kamera, längst werden sie für viele wichtige Aufgaben eingesetzt. Die Spanne reicht von der Kartierung von Katastrophengebieten oder Feldern über die Inspektion von Pipelines und Gebäuden bis zur Lieferung von Medikamenten, Blutproben oder Waren. Ziel ist es dabei, möglichst schnell und effizient ans Ziel zu gelangen und gleichzeitig möglichst eigenständig zu navigieren. Sogar auf dem Mars ist mit „Ingenuity“ eine erste Drohne unterwegs.

Schneller als menschliche Drohnen-Piloten

Beim Wettflügen autonomer Drohnen gegen von Menschen gesteuerte Fluggeräte lagen bislang immer die menschlichen Drohnen-Piloten vorn. Das aber hat sich nun geändert: Zum ersten Mal hat ein autonom fliegender Quadrokopter gegen die direkt ferngesteuerte Konkurrenz gesiegt. „Unsere Drohne ist die schnellste Runde geflogen und hat dabei zwei Weltklasse-Piloten auf einer experimentellen Rennstrecke geschlagen“, berichtet Davide Scaramuzza von der Universität Zürich.

Diese Aufnahme zeigt eine der Testdrohnen bei einem Testflug. Die Rauchschwaden, durch die sie fliegt, sollen dabei helfen, aerodynamische Turbulenzen sichtbar zu machen. Dies wiederum liefert Anhaltspunkte dafür, ob die Drohne mit optimaler Geschwindigkeit und Ausrichtung fliegt und was sich womöglich verbessern ließe.

Neuartiger Algorithmus

Der Erfolg beruht auf einem neuartigen Algorithmus, der Scaramuzza und seinem Team entwickelt worden ist. „Dieser Algorithmus ist der erste, der die schnellstmöglichen Flugbahnen generiert und gleichzeitig die Grenzen der Drohne wirklich berücksichtigt“, erklärt der Forscher. Frühere Versionen vereinfachten entweder das Quadrokopter-Modell oder die Darstellung der Flugbahn und waren daher suboptimal.

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„Bisher hat man die Flugbahn in Abschnitte aufgeteilt und bestimmten Wegpunkten zugeordnet. Die neue Schlüsselidee ist, dass unser Algorithmus der Drohne nur sagt, dass sie alle Wegpunkte durchfliegen soll – aber nicht, wie oder wann sie das tun soll“, erläutert Scaramuzzas Kollege Philipp Föhn. Dies ermittelt sie selbst, indem sie unter anderem die Informationen von externen Kameras nutzt. Hat sie einmal die optimale Route gefunden, kann sie diese schneller durchfliegen als ein menschlicher Drohnen-Pilot.

Zudem bleibt die Leistung konstant: Anders als menschliche Piloten kann der Algorithmus die einmal errechnete Flugbahn viele Male identisch reproduzieren. Vor einem kommerziellen Einsatz muss der Algorithmus allerdings rechnerisch noch vereinfacht werden. Denn noch benötigt der Computer bis zu einer Stunde, um die schnellstmögliche Flugbahn vorab zu berechnen. Außerdem ist die Drohne für die Berechnung des eigenen Standorts noch auf externe Kameras angewiesen. (Science Robotics, 2021; doi: 10.1126/scirobotics.abh1221)

Quelle: Universität Zürich

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