Im Visier der Drohne: Personen (rot) und ihre Bewegungen.
Wien – Ohne Piloten sind Drohnen bisher noch aufgeschmissen: Sie brauchen menschliche Augen, um sich im Luftraum fortbewegen zu können. Solange die Flugmaschinen nicht in der Lage sind, eigenständig zu manövrieren, wird es mit ihrer Ankunft im Alltag noch etwas dauern. Insbesondere das Prinzip der Lieferdrohne wird so lange graue Theorie bleiben: Denn wenn jede Drohne von einem menschlichen Fahrer gesteuert werden muss, bleibt dieses Prinzip nur eine futuristische Spielerei und ist keine wirkliche Innovation.
Am Austrian Institute of Technology (AIT) versucht man nun Drohnen das Sehen beizubringen. "Solange der Mensch steuert, ist das kein Problem. Aber eigenständig sind solche Fluggeräte derzeit noch nicht in der Lage, in der Luft Hindernisse wahrzunehmen, und können sich deshalb nicht autonom fortbewegen", erklärt Manfred Gruber, Leiter der Abteilung für Safe and Autonomous Systems.
Gruber und sein Team beschäftigen sich allgemein mit Sicherheitstechnologien zum Schutz von Menschen und Infrastruktur. Eine Frucht dieser Arbeit ist eine 3-D-Sensortechnologie, die man in Kooperation mit dem Maschinenbauunternehmen Bombardier entwickelt hat.
Die Kombination von Bildverarbeitungsalgorithmen und 3-D-Umfeldsensoren wurde bisher eingesetzt, um Fahrerassistenzsysteme in Straßenbahnen und schwere Arbeitsmaschinen sicherer zu manövrieren. Nun arbeiten die Forscher daran, dieses System für den Luftraum zu adaptieren, um für Sicherheit beim autonomen Drohnenflug zu sorgen.
Gruber: "Der wesentliche Unterschied im Vergleich zu Fahrzeugen auf dem Boden ist, dass eine Drohne nicht in der Lage ist, abrupt stehen zu bleiben, sondern ausweichen muss. Die Sicherheitstechnologie des Fluggeräts muss so gestaltet werden, dass es Hindernisse viel früher identifiziert, damit es ihnen rechtzeitig eine Kurve fliegen kann." Das gelte auch für Elemente im Landebereich.
Wenn das System einmal angewendet wird, sind die diesbezüglichen potenziellen Bereiche einer Drohne im täglichen Leben laut Grauber recht vielfältig: Denkbar wäre die Wartung und Inspektion von schwer erreichbaren Stellen wie Strommasten, Schienen und Brücken, die Bewältigung von Vermessungsaufgaben und der Einsatz in der Landwirtschaft. Aber auch die Ortung von eingeschlossenen Menschen bei Naturkatastrophen sei eine Möglichkeit.
Um diese Aufgaben zu erfüllen, muss die Maschine in der Lage sein, schnelle Ausweichmanöver durchzuführen. Dafür ist es nötig, dass sich das System in Echtzeit selbstständig orientiert – eine automatische GPS-Steuerung reicht dafür nicht aus. Die Wissenschafter verpassten daher der Drohne ein Gedächtnis, um sich zurechtzufinden. Die Sensorik scannt die Umgebung ab und gleicht sie anschließend mit eingespeichertem Kartenmaterial ab – so werden Hindernisse unmittelbar identifiziert.
Echtzeitsensorik
"Wenn man fremd in einer Stadt ist, schaut man auf den Stadtplan und geht dann einfach los", veranschaulicht Gruber. "Wenn ich ein zweites Mal diesen Ort besuche, weiß ich durch meine Erinnerung ungefähr, wo ich bin – als Mensch speichert man das nicht exakt ab, was dennoch für uns ausreicht." Das Sensoriksystem verfahre nach demselben Prinzip, arbeite aber präziser: Jedes Bild im Sichtfeld wird permanent und in Echtzeit mit der eingespeicherten Topografie verglichen.
Eine Drohne, die filmt und Daten sammelt – wer um seine Privatsphäre fürchtet, wird da gleich skeptisch. Das sei jedoch nicht notwendig, betont Gruber: "Sobald eine Kamera im Spiel ist, geht es bei solchen Technologien natürlich immer auch um die Datenschutzproblematik. Da muss man sich hier aber keine Sorgen machen: Unsere Technik gleicht die Bilder in Echtzeit ab und speichert nichts ab – die lokal verarbeiteten Daten werden sofort wieder gelöscht."
Wie gut das System funktioniert, hängt jedoch auch vom Ort ab: In der Stadt funktioniere dieser Ansatz zum Beispiel sehr gut, weil die Drohne hier sehr viele verschiedene Elemente identifizieren könne und dadurch viele Ecken exakt zuordnen kann. Auf glatten Oberflächen ohne Anknüpfungspunkten wie etwa der Meeresoberfläche stoße dieses System aber noch an seine Grenzen.
Ohnehin müsse gerade unter dem Aspekt der Sicherheit an solchen Drohnensystemen noch einige Zeit gearbeitet werden, damit sie in Serie auf dem Markt eingeführt werden können: "Es gibt überall in diesem Bereich immer noch Risiken. Bei einer autonomen Drohne gelten ganz andere Sicherheitsvoraussetzungen als bei einer gesteuerten. Um die notwendige Zuverlässigkeit zu bieten, gibt es noch einiges zu tun." (Johannes Lau, 28.3.2016)