Blick in die Zukunft 08.08.2018, 06:45 Uhr

Drohnen lassen sich künftig per Anruf steuern

Die Drohensteuerung soll künftig über die Sprachkanäle von Mobilfunknetzen laufen. Die entsprechende Technologie besitzt das Potenzial, der Luft als Verkehrskanal eine völlig neue Bedeutung zu geben.

Testdrohne des Projekts "Call a Drone"

Mit dieser Drohne experimentierten die HHI-Mitarbeiter im Projekt "Call a Drone".

Foto: Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut

Steuermodul neben einer 2-Euro-Münze (knapp 2x so groß)

Das Steuermodul ist so klein, dass es kaum Gewicht hat. Gut für den Energieverbrauch der Drohne.

Foto: Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut

Die Einsatzgebiete von gewerblich genutzten Drohnen sind derzeit noch stark limitiert. Die unbemannten Fluggeräte werden vor allem militärisch, zur Spionage oder als fliegende Fotografen eingesetzt. Ihr Potenzial ist jedoch ungleich größer. Sie könnten beispielsweise neue Lieferwege eröffnen. Wichtige Zustellungen wie medizinische Güter könnten schneller und zuverlässiger transportiert werden. Die Straßen würden entlastet, zugleich würden die CO2-Emissionen gesenkt, weil Drohnen mit Elektromotoren ausgestattet sind. Die Fluggeräte eignen sich theoretisch auch zur Überwachung oder beispielsweise zur Brandbekämpfung. Zahlreiche weitere Einsatzgebiete ließen sich ebenfalls andenken. Wenn es nur ein Problem nicht gäbe.

Problem Funk: Die bisherige Drohnensteuerung

Drohnen werden bislang vor allem per Funk gesteuert. Konkret kommt das 2.4 GHz-Band zum Einsatz. Dieser Ansatz bietet den Vorteil, dass sich Drohnen beispielsweise über eine App steuern lassen. Positionsdaten oder Befehle lassen sich auf diese Weise problemlos übermitteln. Zudem kann eine Drohne auch Bilder einer Videokamera auf diese Weise übertragen. Dieses System hat jedoch einige deutliche Schattenseiten.

Funk ist nicht für eine konstante Verbindung gedacht, sondern nur für eine kurzfristige Übermittlung von Daten. Häufige Verbindungsabbrüche sind die Folge. Für dauerhafte Übertragungen über Stunden oder sogar Tage sind die Netze zu schwach. Zudem ist die Reichweite von Funk begrenzt. Die verfügbaren Frequenzen sind häufig überlastet und anfällig für Störungen von außen. Hinzu kommt, dass sich Drohnen nicht bzw. nur schlecht über Funk orten lassen und deshalb anders angepeilt werden müssen. Auf Dauer ist die Steuerung einer Drohne mittels Funkwellen deshalb weder sicher noch wirtschaftlich vertretbar.

Das Heinrich-Hertz-Institut (HHI), also das spezialisierte Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, hat eine neue Lösung gefunden, die großes Potenzial verspricht. Drohnen sollen einfach über das Mobilfunknetz angerufen werden können.

HHI nutzt Sprachkanäle zur Drohnensteuerung

Die Sprachkanäle des Mobilfunknetzes sind praktisch überall verfügbar und erfreuen sich außerdem großer Zuverlässigkeit, erklären die Experten des HHI. Dieser Kanal wäre deshalb sicher. Zugleich entstehen durch die Nutzung der Kanäle keine zusätzlichen Kosten, da keine weitere Infrastruktur aufgebaut werden muss. Die Technologie könnte im Prinzip sofort eingesetzt werden.

Die Steuerung per Anruf dürfte den meisten Menschen vertraut sein. Sie funktioniert nach dem gleichen Prinzip wie die Sprachkontrolle ihres Smartphones. Controller geben per Stimme Befehle zur Höhe, Geschwindigkeit oder zum Kurs. Die Drohne kann auf identischem Weg Informationen, zum Beispiel zum Akkuzustand, zurückmelden. Es würden auf diese Weise nur sehr kleine Datenmengen übertragen. Die Kommunikation erfolge zudem in Echtzeit und sei ausgesprochen robust gegen Verbindungsabbrüche, weil bei Bedarf einfach das Netz gewechselt werden könne, erklärt das HHI.

Standorte der Drohnen in Echtzeit verfolgen

Theoretisch könnten Drohnen so weltweit von einem zentralen Ort aus gesteuert werden. Es kommt einfach ein Ferngespräch zum Einsatz. Zugleich kann der Netzbetreiber dadurch aber auch den Standort der Drohne ermitteln. Diese Informationen lassen sich an handelsübliche Kartendienste wie Google Maps übertragen und visualisieren. Die Drohnen können auf diese Weise in Echtzeit verfolgt werden. Sie erhalten zudem Sensoren, um eigenständig Kollisionen vermeiden zu können. Über die Sensoren können die Flugmaschinen ebenfalls erkennen, ob eine Verbindung doch einmal abgebrochen sein sollte. Die Drohnen rufen ihren Controller dann eigenständig so schnell wie möglich zurück.

Für die Forscher des Heinrich-Hertz-Instituts ist klar: Die Steuerung der unbemannten Fluggeräte mittels Sprachkanal ist zukunftssicher. Anders als beispielsweise Mobilfunkstandards, „die kommen und gehen“, gelte dies für die Sprachkanäle nicht. Jene würden stets zur Verfügung gestellt. Dadurch sei das System dauerhaft eine stabile und kostengünstige Lösung zur Steuerung einer Drohne.

Nasa: Drohnen durch künstliche Intelligenz (KI) steuern lassen

Die amerikanische Weltraumbehörde Nasa hat derweil einen anderen Ansatz zur Drohnensteuerung entwickelt, der mittelfristig im All zum Einsatz kommen soll, sich aber auch für die Erde eignet. Die Spezialisten haben dem Menschen komplett die Steuerung entzogen und einer KI übertragen. In einem Test trat eine solche automatisch fliegende Drohne gegen einen professionellen Drohnenpiloten an. Der absolvierte den Testparcour zwar zwei Sekunden schneller, doch in Fragen von Flugstabilität und Gleichmäßigkeit war die KI schon jetzt besser.

Andere neuartige Ansätze, wie Drohnen gesteuert werden, beziehen sich auf die Art und Weise, wie die Kommandos übergeben werden. Vertraut das HHI auf Sprache, so setzen Forscher der ETH aus Zürich beispielsweise auf Bewegungen des menschlichen Körpers. Dieser soll die Flugbewegung vormachen, um Richtungsänderungen besser vollziehen zu können. An der University of Florida wollen die Forscher Drohnen hingegen durch die Kraft von Gedanken fliegen lassen. Hierzu dient eine Gehirn-Computer-Schnittstelle.

Ausblick: Ansatz des HHI hat das größte Potenzial

Von all diesen Ansätzen hat der Ansatz des HHI wohl das größte Potenzial, da er praktisch sofort umsetzbar ist und das Problem angeht, wie die Daten übertragen werden. Er ließe sich aber beispielsweise mit dem Konzept der NASA hervorragend koppeln. Die Drohne fliegt automatisch, der Mensch kann aber per Sprachkanal eingreifen.

 

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