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Eine Drohne mit Orientierungssinn
Kommerzielle Drohnen werden zunehmend für Aufgaben wie die Inspektion von Bohrinseln und Ernten eingesetzt. Aber sie erfordern immer noch einen hochqualifizierten menschlichen Piloten, und selbst diejenigen, die halbautonom sind, verwenden normalerweise vorgefertigte Karten oder greifen über eine drahtlose Verbindung auf die Daten zu.
Dieser Quadrotor wird nicht an diese Rohre stoßen, weil er sich selbst eine 3-D-Karte des Weltraums erstellt hat, indem er seine Onboard-Sensoren und seinen Computer verwendet.
Forscher der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich machen Drohnen unabhängiger. Sie haben eine kleine Drohne demonstriert, die mit minimaler Hilfe eines menschlichen Bedieners eine eigene 3-D-Karte einer unbekannten Umgebung erstellen und dann autonom ihre eigenen Routen um einen Raum und seine Hindernisse herum planen kann.
Dies ist das erste Mal, dass wir eine vollständige Kartierung, Relokalisierung – das Auffinden der Drohne auf der Karte – und die Planung an Bord zeigen können, sagt Forscher Michael Burri, der an dem Projekt gearbeitet hat. Die Kombination aus Software und Sensoren könnte es einfacher machen, Drohnen für Aufgaben wie die Inspektion einer Bohrinsel einzusetzen, sagt er. Ein Unternehmen müsste einen manuellen Flug durchführen, damit eine Drohne seine Karte erstellt. Bei späteren Inspektionen könnte die Drohne die Arbeit autonom erledigen.
Die Drohne verwendet ihre 3-D-Karte, um die effizienteste Route um einen Raum herum zu planen.
Das Zürcher Team verwendete einen kleinen Quadrotor, der 1,6 Kilogramm wiegt AscTec Glühwürmchen , und stattete es mit einer Stereokamera und Sensoren aus, die Geschwindigkeit, Orientierung und Gravitationskräfte melden. Sie testeten ihre Software, indem sie in einem ehemaligen Industriegelände herumflogen, einer herausfordernden Umgebung mit großen Kanälen und anderen Industrieanlagen.
Die Drohne braucht menschliche Hilfe, um in einem neuen Raum zu starten. Während ein Bediener ihr bei einem Erkundungsflug durch die neue Umgebung hilft, erstellt die Software der Drohne eine 3-D-Karte, indem sie Daten von ihren Bewegungs- und Orientierungssensoren mit Bildern von ihrer Kamera vergleicht.
Tiefenbilder von der Kamera werden verwendet, um eine 3-D-Karte zu erstellen; Orte, an denen die Drohne nicht fliegen kann, sind blockiert (siehe Video). Sobald die Karte vollständig ist, kann die Drohne die möglichst direkte Route zu jedem Zielort planen und alle kartierten Hindernisse umfliegen.
Die einzelnen Kartierungs- und Sensortechniken wurden zuvor demonstriert, aber nicht alle zusammen auf einer autonomen Drohne, sagt er Wolfram Burgard , Professor an der Universität Freiburg, Deutschland. Dies bringt die Technologie näher an die reale Anwendung bei Inspektions- und Überwachungsaufgaben, sagt er. Ein Papier auf dem neuen System wurde auf der vorgestellt Internationale Konferenz für intelligente Roboter und Systeme Letzten Monat. Burgard war Chefredakteur des Paper Review Board.
All diese Mapping-Fähigkeiten in eine kleine Drohne zu integrieren, ist jedoch mit Kosten verbunden. Mit dem Computer und den Sensoren konnte die in den Experimenten verwendete Drohne nur sieben Minuten in der Luft bleiben, im Gegensatz zu 15 Minuten ohne das zusätzliche Gewicht. Burri sagt, dass Verbesserungen des Drohnendesigns dazu führen, dass dies kein großes Problem darstellt und dass neuere Drohnen auf dem Markt mit derselben Nutzlast eine Flugzeit von etwa 20 Minuten bewältigen könnten.
Er und die anderen Forscher arbeiten nun daran, ihrer Drohne die Möglichkeit zu geben, Kollisionen mit sich bewegenden Objekten zu vermeiden, die nicht auf ihrer Karte erscheinen – zum Beispiel Menschen oder sich bewegende Ausrüstung.