Autonome Schwarmintelligenz
Der Einsatz unbemannter Luftfahrzeuge gewinnt in industriellen Anwendungsbereichen zunehmend an Bedeutung. Doch vor allem dort, wo schwere Lasten, widrige Wetterbedingungen und abgelegene Standorte zusammentreffen, stoßen herkömmliche Systeme schnell an ihre Grenzen. Bislang. Forschende der TU Delft haben einen Algorithmus entwickelt, der mehreren autonom agierenden Transportdrohnen ermöglicht, koordiniert zusammenzuarbeiten. Selbst unter herausfordernden Umgebungsbedingungen.
Limitierte Reichweite und begrenzte Nutzlastkapazitäten sind zwei der zentralen Herausforderungen, wenn es darum geht, UAS sinnvoll und ökonomisch nachhaltig in kommerziellen Betriebsszenarien einzusetzen. „Eine einzelne Drohne kann nur eine sehr begrenzte Last tragen“, erläutert Dr. Sihao Sun von der Fakultät für Mechanical Engineering an der TU Delft. „Die Lieferung von Baumaterialien in abgelegene Regionen, der Transport großer Erntemengen oder der Einsatz bei Rettungsmissionen ist daher oft nicht realistisch umsetzbar.”
Verbundsystem
Um Tragfähigkeit und Reichweite zu erhöhen, setzt ein Team um Dr. Sihao Sun darauf, mehrere Multikopter zu nutzen, die über flexible Seile mit einer gemeinsam zu transportierenden Last verbunden sind. Der wissenschaftliche Fortschritt besteht dabei nicht darin, dass mehrere Drohnen eine größere Last in die Luft bringen, als eine allein es könnte. Das wirklich Neue ist ein speziell entwickelter Algorithmus, mit dem die einzelnen Bestandteile des Drohnenschwarms so miteinander interagieren, dass Schwingungen und äußere Einflüsse durch Windböen ausgeglichen werden. Denn sobald mehrere Drohnen mechanisch miteinander verbunden sind, beeinflusst jede Bewegung alle anderen – und externe Faktoren wie Wind oder sich aufschaukelnde Pendelbewegungen einer Nutzlast machen die Aufgabe zusätzlich komplex. Klassische Regelungsalgorithmen reagieren an dieser Stelle nicht schnell genug. Der neue Ansatz dagegen ist hochdynamisch, passt sich in Echtzeit an veränderte Bedingungen an und kommt ohne zusätzliche Sensorik an der zu transportierenden Payload aus.
Was später einmal über weitläufigen landwirtschaftlichen Anbauflächen oder in Offshore-Windparks funktionieren soll, kann unter Laborbedingungen bereits durchaus anspruchsvolle Herausforderungen meistern. Bis zu vier eigens entwickelte Drohnen waren in der Lage, einen Transportkorb zu transportieren und dabei enge Hindernisse zu überwinden. Simulierte Windböen oder eine bewegliche Last – zum Beispiel ein lose in einem Korb abgelegter, hin- und herrollender Basketball – brachten das System nicht aus dem Gleichgewicht und der Verbund meisterte alle Szenarien. Noch basiert die Versuchsumgebung auf Motion-Capture-Systemen und ist daher auf (virtuelle) Innenräume beschränkt. Perspektivisch soll die Technologie jedoch in reale Anwendungen überführt werden – beispielsweise für die Wartung von Offshore-Infrastruktur, für Such- und Rettungseinsätze oder eben in der modernen Präzisionslandwirtschaft.
