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PercEvite - Sense and avoid technology for small drones

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Sicherheitstechnik eröffnet neue Möglichkeiten für Drohnen

Dank der Entwicklung neuer Technologien können Drohnen nun besser Hindernissen am Boden wie zum Beispiel Bäumen und Gebäuden ausweichen. Und außerdem wird die Kollisionsgefahr in der Luft deutlich reduziert.

Digitale Wirtschaft

Die Sicherheit von kleinen kostengünstigen Drohnen zu gewährleisten, wie sie heute schon der breiten Öffentlichkeit zur Verfügung stehen, bleibt jedoch eine echte Herausforderung. Die mit diesen Drohnen hantierenden Personen, denen es typischerweise um Urlaubs- oder Reisebilder geht, sind meist weder technisch versiert noch flugerfahren. „Das brachte uns auf die Idee, dass die Drohnen selbst eine größere Rolle bei der Gewährleistung von Sicherheit spielen sollten“, erklärt Guido de Croon, Projektkoordinator von PercEvite und Professor an der Fakultät für Luft- und Raumfahrttechnik an der Technischen Universität Delft in den Niederlanden. „Um Drohnen abzusichern, sind jedoch üblicherweise teure und schwere Systeme erforderlich, die für die für den allgemeinen Gebrauch bestimmten günstigen Drohnen nicht geeignet sind.“ Das Ziel des Projekts PercEvite lautete daher, eine nutzungsfreundliche Technologie zu entwickeln, die der Verbesserung der Drohnensicherheit dient. „Wir wollten zeigen, dass bereits Systeme, die weniger als 50 Gramm wiegen und auf kostengünstiger, überall erhältlicher Hardware basieren, die Drohnensicherheit erheblich verbessern können, ohne dass der Mensch überhaupt eingreifen muss“, sagt de Croon.

Sicherheit in der Luft

Zu diesem Zweck entwickelte das Projektteam ein kleines System zum räumlichen Sehen, das Hindernisse am Boden erkennen und die Geschwindigkeit abschätzen kann. Auf diese Weise können Drohnen auch dann fliegen, wenn gerade keine globalen Satellitennavigationssysteme verfügbar sind. Als nächstes wurde auf der Grundlage von überall erhältlichen, kleinen und billigen Kommunikationschips ein kollaboratives Programm zur Feststellung und Vermeidung (Detect-and-avoid) entwickelt. Diese Chips dienten sowohl der Nahbereichsvermeidung anderer Drohnen als auch der Langstreckenkommunikation, mit deren Hilfe die Drohnen den bemannten Luftverkehr orten und ihm ausweichen können. „Wir haben auch den Einsatz von Audiosignalen zur Erkennung von entgegenkommendem, nicht-kollaborativem Flugverkehr erforscht“, ergänzt de Croon. „Grundlage dessen war die Beobachtung, dass wir Menschen typischerweise zuerst den Verkehr – etwa Rettungshubschrauber – hören, bevor wir ihn sehen.“ „Unsere bahnbrechende Untersuchung über Technologie zum Hören und Ausweichen (Hear-and-avoid) zur nicht-kollaborativen Feststellung und Vermeidung hat noch nicht den Leistungsstand erreicht, der für einen realen kommerziellen Einsatz geeignet wäre“, fügt er hinzu. „Die im Rahmen der Studie gewonnenen Erkenntnisse haben uns jedoch auf einen gut erkennbaren Weg in Richtung dieses Ziels gebracht. Es wurde ein einzigartiger, frei zugänglicher Datensatz zur Verfügung gestellt, der von anderen genutzt werden kann, um die Entwicklung dieser Technologie zu beschleunigen.“ Letztlich ist es PercEvite gelungen, ein 46 Gramm leichtes Technikpaket zu entwickeln, mit dem Drohnen Hindernisse am Boden dank räumlichem Sehen vermeiden und mit anderen Drohnen oder Flugzeugen über WLAN, 4G und Funkfrequenztechnik mit großer Reichweite (LoRa) kommunizieren und ihnen ausweichen können.

Weitere Anwendungsmöglichkeiten bei Drohnen in Sicht

Das PercEvite-Team vertritt die Meinung, dass die innerhalb des Projekts entwickelten Technologien die Sicherheit der aktuellen kommerziellen Drohnenanwendungen erhöhen werden. Mit Blick in die Zukunft könnten die entwickelten Technologien von Nutzen für wiederaufladbare Drohnen sein, die von einer Ladestation aus autonom fliegen und nach Beendigung ihres Einsatzes wieder sicher landen können. „Das Projekt ebnet hier den Weg für zukünftige Drohnenanwendungen. Denkbar sind Paketzustellung, Such- und Rettungseinsätze sowie Organtransport in Krankenhäuser“, erläutert er. „Denn es geht hier um den autonomen Betrieb von Drohnen, der für zukünftige Anwendungen dieser Art grundlegend wichtig ist.“ In der Tat kann jeder Industriezweig, der Drohnen einsetzen kann, sei es bei der Inspektion von Windkraftanlagen oder auch in der Landwirtschaft, davon profitieren. „Wir wissen zum Beispiel, dass viele Landwirtschaftsbetriebe gern jeden Tag Drohnen über ihr Land fliegen lassen würden, um den Sprung zur Präzisionslandwirtschaft zu schaffen“, sagt de Croon. „Momentan ist diese Technologie aber noch zu teuer, da sie von mehreren Personen bedient werden muss.“ De Croon geht davon aus, dass in diesem Stadium ausgereiftere Technologien, etwa die kommunikationsgestützte Vermeidung, im Mittelpunkt der Tests stehen sollten, wenn an eine mögliche Kommerzialisierung gedacht wird. Die bodengestützten Technologien zur Hindernisvermeidung müssen noch weiterentwickelt werden, um ihre Robustheit in allen realen Umgebungen gewährleisten zu können. Technologien zum Hören und Vermeiden würden hingegen von mehr Forschung profitieren. Insbesondere müssen hier mehr die reale Welt wiedergebende Datensätze erstellt werden.

Schlüsselbegriffe

PercEvite, Drohne, Sensor, Kommunikation, Satellit, WLAN, 4G, LoRa, Landwirtschaft

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