Österreichische Forscher wollen Drohnen autonom fliegen lassen
Drohnen könnten in Zukunft eigenständig Infrastruktur inspizieren, beim Naturschutz unterstützen oder andere Planeten entdecken – ganz ohne menschliche Steuerung. An der Uni Klagenfurt arbeitet ein Forschungsteam genau daran. Mithilfe von KI sollen die Fluggeräte lernen, selbstständig zu navigieren und autonom zu fliegen.
Eigenständiges Fliegen ohne GPS-Signal
Drohnen beeindrucken heute vor allem mit spektakulären Luftaufnahmen oder als leuchtende Schwärme, die 3D-Bilder in den Himmel zaubern. Richtig ausgestattet und trainiert, reicht ihr Potenzial jedoch für viel mehr. Davon sind Jan Steinbrener und Stephan Weiss von der Universität Klagenfurt überzeugt. Die beiden leiten die Forschungsgruppe Control of Networked Systems und forschen daran, Drohnen das autonome Fliegen beizubringen.
Das Ziel: Die Robotik-Flieger sollen nicht mehr auf GPS-Daten angewiesen sein, um ihre Position zu bestimmen. Nur so können sie sich auch in Situationen und Umgebungen zurechtfinden, in denen das GPS-Signal ausfällt oder nicht mehr empfangen werden kann – zum Beispiel in engen oder abgeschirmten Bereichen. „Zwischen komplexen Hindernissen genügt die Genauigkeit des GPS-Signals nicht, um den Drohnen zu erlauben, zu navigieren“, so Steinbrener.
Herausforderungen in der Drohnenforschung
Damit die Drohne selbst navigieren kann, muss sie zum Beispiel Bilder ihrer eingebauten Kamera analysieren und daraus ihre Position und Ausrichtung im Raum bestimmen. Doch dies ist laut den Forschern alles andere als einfach, denn „um stabil fliegen und navigieren zu können, muss die Drohne am besten hundertmal pro Sekunde ihre eigene Position berechnen. Aber das schafft der kleine Computer auf der Drohne mit seiner begrenzten Rechenleistung nicht mit den Kamerabildern“, erklärt der Forscher.
Steinbrener, der an dem mit 153.000 Euro Forschungsprojekt im Rahmen des 1000-Ideen-Programms des Wissenschaftsfonds FWF zur Förderung innovativer Forschungsansätze arbeitet, erklärte weiter: „Das Gewicht und damit die zur Verfügung stehende Energie und Rechenleistung auf einer Drohne sind sehr begrenzt.“ Zudem müsse der winzige eingebaute Computer den Kurs ständig korrigieren – schon die kleinste Berührung mit einem Hindernis ende oft im Absturz. „Das macht es zu einer besonderen Herausforderung, mit ihnen zu arbeiten.“
„Live fliegen lernen“ mit KI-Navigation
Was Steinbrener und sein Team also tun, ist folgendes: Sie setzen dabei auf einen weiteren Sensor an Bord: den Beschleunigungssensor. Dieser schlägt an, sobald sich die Position oder Rotation der Drohne verändert – liefert dabei jedoch nur ungenaue Daten. Mithilfe von KI werden diese mit den Kamerabildern kombiniert und rund zehnmal pro Sekunde im Drohnencomputer ausgewertet. In den Zwischenmomenten greifen die Algorithmen auf die Sensorwerte zurück, um die Drohne zu steuern.
Die Algorithmen werden laut den Forschenden Schritt für Schritt mit Daten trainiert und sollen so auch verwaschene oder dunkle Bilder besser auswerten können. Mit der Zeit lernen sie, die Drohne gezielt bei der Navigation zu unterstützen.
Bis dato waren die Versuche im Schwebeflug laut Steinbrener ein Erfolg. Als nächstes sollen kompliziertere Flugmanöver mit den KI-Algorithmen durchgeführt werden. Letztendlich will man die Technologie soweit bringen, dass sie auch mit anderen als den getesteten Drohnenmodellen und Sensoren funktioniert.
Zukünftige Anwendungsfälle
Auf die Frage, wofür die Drohnen und ihre neue Technologie in der Praxis eingesetzt werden können, antwortete Steinbrener: „Drohnen, die autonom und ohne äußere Signale navigieren können, wären in der Lage, kritische Infrastruktur wie Brücken oder Strommasten selbstständig zu inspizieren, die sonst nur schwer erreichbar sind, oder für Menschen gefährliche Situationen zu überblicken. Sie könnten sogar selbstständig andere Planeten erkunden, wo es ja kein GPS zum Navigieren gibt.“
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