Minidrohne denkt und fliegt wie ein Vogel
Minidrohne fliegt wie ein Vogel: Autonome Navigation mit LIDAR macht schnelle, sichere Flüge durch enge Räume und bei Nacht möglich.
Ein Team der Universität Hongkong hat eine autonome Minidrohne entwickelt, die wie ein Vogel fliegt. Die Drohne nutzt LIDAR-Technologie und intelligente Flugplanung, um Hindernissen auszuweichen und sicher mit hoher Geschwindigkeit durch enge und unübersichtliche Umgebungen zu navigieren.
Foto: The University of Hong Kong
Vögel bewegen sich sicher und elegant durch dichte Wälder, selbst bei schlechten Lichtverhältnissen. Technische Flugkörper hingegen tun sich in solchen Situationen schwer. Sie benötigen meist GPS, externe Steuerung oder aufwendig programmierte Routen. Doch ein Forschungsteam an der Universität Hongkong (HKU) hat nun ein System entwickelt, das Drohnen ein vogelähnliches Verhalten verleiht – in Echtzeit, ohne fremde Hilfe.
Im Zentrum steht der sogenannte SUPER – ein Minidrohnen-Prototyp mit einem klaren Ziel: maximale Geschwindigkeit bei höchstmöglicher Sicherheit. Entwickelt wurde das System am Mechatronics and Robotic Systems Lab (MaRS LAB) der HKU unter Leitung von Professor Fu Zhang.
Die Drohne fliegt mit 70 km/h nachts durch den Wald, umkurvt Stromleitungen oder vermeidet Unfälle in überfüllten Umgebungen.
Foto: The University of Hong Kong
Was kann SUPER?
SUPER steht für „Safety-Assured High-Speed Aerial Robot“. Die Drohne ist gerade einmal 280 mm breit und wiegt 1,5 Kilogramm. Trotzdem erreicht sie eine Geschwindigkeit von über 20 Metern pro Sekunde. Noch bemerkenswerter ist ihre Fähigkeit, auf Hindernisse zu reagieren, die kaum dicker sind als ein Bleistift: Stromleitungen oder Zweige mit 2,5 Millimetern Durchmesser erkennt und umfliegt sie sicher – und das auch nachts.
Im Gegensatz zu klassischen Systemen greift SUPER nicht auf vorgeplante Karten zurück. Vielmehr nutzt sie einen integrierten LIDAR-Sensor, der die Umgebung in dreidimensionalen Punktwolken abtastet – bis zu 70 Meter weit. Diese Daten werden direkt verarbeitet, was dem Flugroboter erlaubt, spontan auf Veränderungen zu reagieren.
Zwei Flugpläne für mehr Sicherheit
Die technische Innovation liegt nicht allein in der Hardware. Entscheidend ist die Softwarearchitektur. Das Drohnensystem erzeugt in jedem Flugzyklus zwei mögliche Flugbahnen:
- Eine Route bevorzugt bekannte freie Räume und minimiert das Risiko.
- Die zweite optimiert die Geschwindigkeit und erkundet auch unbekannte Bereiche.
So entsteht ein dynamischer Kompromiss zwischen Tempo und Sicherheit. Das System bewertet beide Pfade laufend neu und entscheidet innerhalb von Millisekunden, welchen Kurs es einschlägt. So entsteht ein Flugverhalten, das an die Reflexe von Vögeln erinnert.
Vorteile in der Praxis
Das neue Navigationsprinzip ist nicht nur im Labor erfolgreich. Bei Tests in realen Umgebungen – sowohl in Innenräumen als auch im Freien – zeigte SUPER, dass die Methode funktioniert. Die Ausfallrate konnte im Vergleich zu herkömmlichen Planungsansätzen um das 35,9-Fache reduziert werden. Gleichzeitig verdoppelte sich die Planungsleistung, was höhere Fluggeschwindigkeiten erlaubt.
Diese Kombination aus Geschwindigkeit, Kompaktheit und Autonomie eröffnet neue Anwendungsmöglichkeiten. Besonders bei Einsätzen, bei denen es auf Schnelligkeit und Präzision ankommt, spielt SUPER seine Stärken aus.
So funktioniert die Minidrohne.
Foto:
Foto: The University of Hong Kong
Einsatzmöglichkeiten
Yunfan Ren, Hauptautor der Studie und Doktorand im MaRS LAB, nennt konkrete Beispiele: „Die Fähigkeit, dünne Hindernisse zu umfliegen und in engen Räumen zu navigieren, eröffnet neue Möglichkeiten für Anwendungen wie Such- und Rettungsdienste, bei denen jede Sekunde zählt.“
SUPER könnte in eingestürzten Gebäuden Überlebende orten, gefährliche Situationen beurteilen oder kleine Hilfspakete liefern. Auch bei der Wartung von Stromleitungen oder der Kartierung unzugänglicher Waldflächen könnte die Drohne helfen – Tag und Nacht.
Wer steckt hinter der Entwicklung?
Das Projekt wird geleitet von Professor Fu Zhang. Er ist außerordentlicher Professor im Bereich Maschinenbau an der HKU und Direktor des MaRS LAB. Zhangs akademische Laufbahn führte ihn von der University of Science and Technology of China über die University of California, Berkeley bis nach Hongkong. Sein Schwerpunkt: Robotik und Steuerung autonomer Systeme.
Das MaRS LAB forscht gezielt an realen Einsatzmöglichkeiten von Robotik. Dazu gehören neben der Drohnenentwicklung auch Themen wie simultane Lokalisierung und Kartierung mittels LIDAR.
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