Helikopter-Drohne über einem Feld
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Technik & IT

Drohnen aus Kärnten für die NASA

Forscher der Universität Klagenfurt arbeiten für ein Projekt mit der NASA zusammen. Ziel ist es, Helikopterdrohnen so zu programmieren, dass sie selbstständig fliegen und sich aufladen können. Besonders für die Landwirtschaft können diese Drohnen hilfreich sein.

Drohnen haben auf Grund ihrer Größe und ihrer relativ einfachen Bedienung in den unterschiedlichsten Branchen bereits Einzug gehalten. Daher sind Forscher stetig bemüht sie zu verbessern und auszubauen. So beschäftigten sich auch Christian Brommer, Doktorand an der Universität Klagenfurt, und seine Kollegen mit Helikopterdrohnen und der Selbstständigkeit dieser Flugobjekte. Das Projekt geht von der NASA-JPL aus. Dieses Labor (JPL steht für Jet Propulsion Laboratory) baut und steuert Satelliten und Raumsonden für die NASA.

Von Kalifornien nach Klagenfurt

Die Idee für die Forschungsarbeit kam Christian Brommer und seinen Kollegen während seines USA-Aufenthaltes am Jet Propulsion Laboratory in Kalifornien. Dort forschten bereits einige Mitarbeiter der Abteilung für Agrarwissenschaften und Robotik gemeinsam an einem konkreten Fall.

Helikopterdrohnen sollen mit einer Kamera großflächig Ackerland abfliegen und den Zustand der Pflanzen feststellen. Bisher konnten entweder stationäre Instrumente, die nur einen kleinen Bereich abdecken konnten oder teure Kleinflugzeuge verwendet werden. Die Helikopterdrohne stellt daher eine effizientere und kostengünstigere Alternative für die Landwirte dar. Über seine Arbeit in den USA sagt Brommer: „Man arbeitet dort mit den jeweils Besten eines Fachs zusammen. Dadurch, dass so viel geballtes Wissen an einem Ort präsent ist, hat man das Gefühl, viel mehr Möglichkeiten zu haben.“

Christian Brommer und seine Drohne
aau/Müller
Christian Brommer von der Universität Klagenfurt forschte mit seinem Team in den USA

Die Drohne erkennt den Batteriestand

Dennoch ist auch die Drohne nicht unfehlbar, denn durch ihre smartphone-große Batterie können sie sich nur bis zu zehn Minuten in der Luft halten. Für die Praxis stellt dies eine viel zu geringe Dauer dar. Ziel des Forschungsprojektes war es für Christian Brommer und seinem Team, der Drohne ein selbstständiges Fliegen in mehreren Etappen zu ermöglichen.

Die Drohne soll selbst, also ohne menschliche Befehle, während ihres Fluges ihren Batteriestand erkennen und rechtzeitig zu einer Ladestation zurückfliegen. Während sich die Batterie wieder auflädt, werden die bereits gesammelten Daten zu den Pflanzen an einen eigenen Computer übermittelt. Anschließend soll sich die Helikopterdrohne wieder selbst zu einem neuen Flug aufmachen. Durch diese Arbeitsweise soll das Ackerland in mehreren Etappen schneller und genauer erfasst werden, so Brommer. In Zukunft werden auch Landwirte von der autonomen Helikopterdrohne profitieren, so Christian Brommer.

Die Drohne muss die Markierung erkennen

Um diesen Ablauf ermöglichen zu können, müssen einige Arbeitsschritte beachten werden, sagt Christian Brommer. „Wir brauchen eine möglichst genaue Zustandsschätzung des Helikopters, damit er auch die ein Quadratmeter große Ladeplattform genau trifft. Dazu helfen uns Markierungen, die an der Ladeplattform angebracht sind. Diese werden von einer Kamera erkannt und ermöglichen eine genauere Navigation während der Landung. "Für die Zustandsschätzung verwenden wir Algorithmen, die Informationen von mehreren Sensoren zusammenführen, um die bestmögliche Position des Helikopters zu bestimmen“, so Brommer.

Drohne im Flug
ORF
Drohnen wie diese finden sich auch bereits in Privathaushalten

Vor Wind und Wetter nicht gefeit

Im Labor konnte die Drohne bereits mit einem sogenannten Motion Capture System, also einem Verfahren zur Bewegungserfassung genau navigieren und fliegen. In der Praxis jedoch erschweren Faktoren wie etwa Wind oder Veränderungen am Luftdruck oder den Lichtverhältnissen, das genaue Anfliegen der Ladestation. Auch die übliche Positionsbestimmung über GPS muss beachtet werden, da diese nur eine Genauigkeit von ungefähr fünf Meter erlaubt.

Die Ergebnisse der Arbeit wurden vor Kurzem bei der internationalen Konferenz für intelligente Roboter und Systeme (IROS) und in einer Spezialausgabe des Journal of Field Robotics veröffentlicht. Die Zusammenarbeit mit der JPL läuft weiter.