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Wie Drohnen Kollisionen vermeiden können, indem sie Wissen teilen
Wenn die US-Luftfahrtbehörde Federal Aviation Administration den weit verbreiteten Einsatz kommerzieller Drohnen zulässt, könnte der Himmel bald von Schwärmen unbemannter Luftfahrzeuge überschwemmt werden – insbesondere in dichten Stadtkernen. Das bedeutet, dass Drohnen die Aufgabe haben, Kollisionen autonom zu vermeiden, da ihre Anzahl zu groß sein wird, um sich jederzeit auf menschliche Fluglotsen zu verlassen.
Drohnen, die in dicht bebauten Städten fliegen, müssen so programmiert werden, dass sie schnelle Entscheidungen treffen, um Kollisionen zu vermeiden.
Das Stanford Intelligent Systems Laboratory ist nur ein Team von mehr als 130 Mitarbeitern, die mit der NASA zusammenarbeiten, um Lösungen für die Verwaltung des Drohnenverkehrs zu finden. Das Verkehrsmanagementsystem, das in den nächsten Jahren entwickelt wird, wird Drohnen dabei unterstützen, miteinander zu kommunizieren und potenzielle Kollisionen zu vermeiden.
Sie werden viel ungewöhnlichere Missionen durchführen, bei denen sie in kurvigen Flugbahnen fliegen müssen, sagt Mykel Kochenderfer, Direktor des Stanford-Labors. Es ist sehr, sehr wichtig, dieser Unsicherheit standzuhalten.
ZU neueres Papier veröffentlicht von Kochenderfer und dem Maschinenbau-Doktoranden Hao Yi Ong beschreiben einen schnellen Entscheidungsprozess, mit dem das Verkehrsmanagementsystem Drohnen umleiten und eine Kollision vermeiden kann. Ihr Team führte mehr als eine Million Simulationen für Konfliktsituationen mit zwischen zwei und zehn Drohnen durch. Drohnen erhielten unterschiedliche Informationsebenen über die anderen Drohnen im System und wurden dann auf ihre Reaktionszeit und die Häufigkeit von Konflikten getestet.
Die Stanford-Forscher fanden heraus, dass Drohnen die schnellsten Entscheidungen treffen konnten, wenn sie mit der nächsten anderen Drohne gepaart waren, und die beiden ausschließlich das Verhalten des anderen berücksichtigten. Die langsamste Reaktion trat auf, wenn Drohnen ihre eigene Umgebung betrachteten und ihre Ergebnisse dann in ein zentrales System einspeisten, das Entscheidungen an die gesamte Gruppe zurückschickte. Die Entscheidungszeit verlängerte sich immer, wenn mehr Drohnen in die Simulation eintraten, aber das System war immer in der Lage, innerhalb von 50 Millisekunden eine Entscheidung über die Umleitung einer Drohne zu treffen.
Drohnen, die ihre Daten in ein zentrales Entscheidungssystem einspeisen, waren zwar am langsamsten, aber auch am sichersten. Drohnen stießen am wenigsten auf Konflikte, wenn sie Daten in ein zentrales System einspeisten. Drohnen, die Standortdaten von anderen Drohnen erhielten und davon ausgingen, dass sie auf dem gleichen Weg bleiben würden, waren am ehesten mit Konflikten konfrontiert.
Das Stanford-Labor arbeitet auch mit autonomen Autos und der Flugsicherung für konventionelle Flugzeuge. Eines seiner Projekte, das Kochenderfer teilweise mit ehemaligen Kollegen am MIT entwickelt hat, bestand darin, mit wenig Rechenleistung zu entscheiden, wie ein Flugzeug eine Kollision vermeiden sollte. Traditionell wurde die Kollisionsvermeidung von fast 2.000 Seiten an Dokumenten geleitet, die jedes mögliche Szenario und die Reaktion darauf detailliert beschreiben. Die Lösung von Stanford und MIT wird derzeit für den Einsatz in allen großen Flugzeugen standardisiert.
Die NASA plant, das Jahr 2016 damit zu verbringen, die Drohnen-Verkehrsmanagementsysteme, die sie bisher entwickelt hat, an den Drohnen-Teststandorten zu testen, die von der FAA in den gesamten USA eingerichtet wurden. Bereits im November flog ein NASA-Team eine Drohne auf Moffett Field in Kalifornien, während es Konflikte mit auf einem Computer generierten Drohnen simulierte, wodurch eine frühe Version des Verkehrsleitsystems ausgelöst wurde, um die Drohnen vor möglichen Kollisionen zu warnen. Die FAA testete auch ähnliche Systeme, die von einem Software- und Dienstleistungsunternehmen für Drohnen entwickelt wurden Präzisionsfalke (siehe FAA wird die Fähigkeit von Drohnen testen, sich selbst aus Schwierigkeiten herauszusteuern).
Um groß angelegte UAS [unbemannte Luftfahrzeugsysteme] mit einer Mischung aus außerhalb der Sichtlinie und innerhalb der Sichtlinie zu ermöglichen, brauchen wir ein System, das aus Technologien zur Verwaltung des Luftraums und Fähigkeiten auf dem UAS selbst, Regeln des Luftraums, und Verfahren für das Management von Eventualitäten und Notfällen, sagt Parimal Kopardekar, der das Drohnen-Verkehrskontrollprogramm der NASA leitet.
Kochenderfer sagt, dass die Stanford-Forscher ihre Arbeit in Simulationen getestet haben, aber noch nicht gesehen haben, wie sie mit echten Drohnen funktioniert. Die Validierung, dass es in der Luft funktioniert, ist einer der letzten Schritte.
Dies ist derzeit einer der spannendsten Bereiche der Luft- und Raumfahrt – der Einsatz von Drohnen, sagt Kochenderfer. Viele der Anwendungen, die sie ermöglichen, können zu neuen Wirtschaftsmodellen führen, aber das Potenzial, Leben zu retten und die Effizienz zu verbessern, finde ich wirklich sehr interessant.