Virtuelle Testumgebung von AlphaLink

Digitaler Zwilling

Die Entwicklung neuer Produkte und die Weiterentwicklung unbemannter Systeme ist ein aufwändiger Prozess. Insbesondere dann, wenn ausgiebige Flugtests erforderlich sind. Diese kosten jede Menge Zeit und – zuweilen fast noch schlimmer – bares Geld, wenn etwas schief und daher zu Bruch geht. Eine praktische Alternative bietet AlphaLink an. Das Unternehmen aus Berlin hat eine virtuellen Testumgebung entwickelt, in die digitale Zwillinge von bewegten Systemen integriert werden können.

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Es ist ein bisschen wie eine Reise ins Ungewisse, ein Sprung ins kalte Wasser: Ob eine in der Theorie sorgsam ausgetüftelte Technik auch in der Praxis zuverlässig das tut, wofür sie entwickelt wurde, zeigt letztlich erst die Testphase. Aus eigener Erfahrung wissen Dr. Daniel Cracau und seine Mitstreiter bei AlphaLink, dass man mit bestmöglicher Simulationstechnik viel Lehrgeld sparen kann, wenn es tatsächlich in die Luft gehen soll. Insbesondere dann, wenn es um gänzliche neue Konzepte geht. So wie AlphaLink X, bei dem mehrere Einzelflugzeuge an den Flügelspitzen über mechanische Gelenke miteinander verbunden werden sollen. Das daraus resultierende „Mehrkörperflugzeug“ sollte durch die große Spannweite besonders lange in der Luft bleiben können und unter anderem dafür eingesetzt werden, Internet in abgelegene Regionen zu bringen oder nach Naturkatastrophen eine entsprechende Infrastruktur aufzubauen. Doch ähnlich wie die Konzepte von Facebook (Aquila) und Google (Titan) konnte auch AlphaLink X nicht in die Praxis überführt werden. Zumindest bis jetzt. „Wir haben leider noch nicht die Fördermittel oder Investitionssummen einsammeln können, die dafür nötig gewesen wären“, erläutert Dr. Daniel Cracau, Mitgründer und CEO des Berliner Start-ups. „Daher sind wir dazu übergegangen, unser Entwicklungs- und Simulations-Kenntnisse anderweitig zu nutzen.“ 

Prüfstand

Für die eigene Produktentwicklung hatte man basierend auf der Simulink-Software von Matlab eine komplett browserbasierte Simulationsumgebung aufgesetzt. Im Auftrag ihrer Alma Mater wurde diese nun so angepasst, dass die Studierenden an der TU Berlin praktische Erfahrungen mit der Regelungstechnik moderner Drohnen sammeln können. „Das Ganze ist wie ein abstrakter Raum, in dem jedoch die Flugphysik realistisch abgebildet wird“, erläutert Dr. Daniel Cracau. Das „Fliegende Labor“ besteht aus einer Starrflügler-Drohne und ihrer Nachbildung in 3D. Über einen handelsüblichen Computer und eine Internetverbindung kann das UAS per Keyboard, Joystick oder Controller in Echtzeit durch verschiedene Landschaften navigiert werden. Für Forschung und Entwicklung gibt es zudem eine Erweiterung des Angebots zu einem sogenannten Hardware-in-the-Loop Simulator, bei dem die virtuelle Umgebung direkt mit einem physischen Modell der Drohne verbunden wird. So werden die digital simulierten Bewegungen des Fliegers 1:1 in die reale Welt übertragen und Komponenten wie Aktuatoren, Motor oder Flugsteuerungscomputer können auf Herz und Nieren getestet werden.

Die „Virtual Flight Test Environment“ getaufte Software – in die auf Kundenwunsch eigene Simulink-Daten eingebracht werden können – ist insbesondere deshalb auch für Drohnenhersteller wie das ebenfalls in Berlin ansässige Start-up DiAvEn interessant, weil dort digitale Zwillinge eigener UAS integriert werden können. So können die DiAvEn-Entwickler ihre Labfly-Drohne nun direkt im AlphaLink-Simulator testen und weiterentwickeln. Dafür wurde zunächst das physische Original vermessen und in 3D nachgebildet. Für die Simulation des Bewegungsverhaltens musste das System anschließend komponentenweise modelliert werden, damit innere Abhängigkeiten in der virtuellen Welt auch korrekt abgebildet werden. Zuletzt wurden Umgebungseinflüsse wie Wetter und deren Auswirkungen auf das Vehikel modelliert. „Das Ganze ist ein iterativer Prozess, den wir gemeinsam mit aktuellen und potenziellen Kunden umsetzen“, erläutert Dr. Daniel Cracau. „Softwareseitig gelingt die optische und flugmechanische Integration eines 3D-Modells bereits recht gut, doch es ist noch etwas Nacharbeit erforderlich, bis alles optimal passt.“ Ist dieser Vorgang jedoch zur Zufriedenheit des Kunden abgeschlossen bietet AlphaLinks virtuelle Testumgebung insbesondere für die Erprobung vollautomatisiert agierender Drohnen spannende Möglichkeiten, mit denen die Crash-Risiken von realen Praxistests umgangen und Entwicklungsprozesse beschleunigt werden können.

Abbildung: AlphaLink

 

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