Robotik 13.12.2018, 13:00 Uhr

Faltbare Drohne: Erster Schritt zur autonomen Bergung

Wissenschaftler der Universität Zürich haben eine faltbare Drohne entwickelt, die ihre 4 Propellerarme während des Flugs einklappen kann. Die Drohne eignet sich etwa für Rettungseinsätze nach Naturkatastrophen. Sie kann sich so klein machen, dass sie durch enge Spalten und Löcher passt und so Rettungsteams unterstützen kann.

Man sieht mehrere Drohnen, die durch ein Mauerloch fliegen.

Die neu entwickelte Drohne kann ihre Propellerarme während des Flugs einklappen. So kann sie durch schmale Ritzen oder kleinere Löcher fliegen, die bisher nicht passierbar waren.

Foto: UZH

Drohne streckt alle Arme entlang einer Ache aus

Wenn die Passagen, durch die die Drohne hindurch soll, enger werden, kann sie eine H-Form einnehmen.

Foto: UZH

Drohne mit klein und kompakt mit angewinkelten Armen

Oder sie faltet sich zusammen, indem sie alle Arme einzieht.

Foto: UZH

Drohne in T-Form

Und auch wenn sie nah an etwas heran soll, das es zu fotografieren gilt, passt sich die Drohne an.

Foto: UZH

Bei Naturkatastrophen wie zum Beispiel einem Erdbeben oder während eines Brandes können kamerabestückte Drohnen Rettungsteams bei ihren Einsätzen unterstützen. Sie können eingeschlossene Personen aufspüren und den Helfern zeigen, ob und falls ja welcher Rettungsweg für sie frei ist. „Normale“ Drohnen bekommen hier Probleme: Sie müssen durch Engpässe, etwa Risse in der Wand, ein halb geöffnetes Fenster oder ein Gitter ins Gebäudeinnere fliegen. Wegen der Größe der Drohnen ist das meistens nicht möglich.

Faltbare Drohne nach dem Vorbild von Vögeln

Wissenschaftler der Robotics and Perception Group an der Universität Zürich und des Laboratory of Intelligent Systems an der École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) haben deswegen eine neue faltbare Drohne entwickelt. Beide gehören zum Nationalen Forschungsschwerpunkt (NFS) Robotik, das vom Schweizerischen Nationalfonds finanziert wird.

Die Forscher haben sich bei der Entwicklung der Drohne von Vögeln inspirieren lassen. Sie klappen ihre Flügel in der Luft immer dann ein, wenn der Platz zu knapp wird. Die neu entwickelte Drohne folgt dem Vorbild und klappt ihre Propellerarme bei Bedarf ein, um Engstellen zu passieren. Danach kann sie ihre „Flügel“ wieder ausklappen und sogar Gegenstände transportieren.

Faltbare Drohne arbeitet mit mobilen Schwenkarmen

Die Lösung sei mechanisch gesehen recht einfach. Aber vor allem dank der integrierten Wahrnehmungs- und Kontrollsysteme sei die Drohne sehr vielseitig und sie fliege und reagiere weitgehend autonom, erklärt Davide Falanga, UZH-Wissenschaftler und Erstautor der Studie, die im Fachmagazin IEEE Robotics and Automation Letter veröffentlicht wurde. So könne diese Drohne im Vergleich zu anderen auf engstem Raum manövrieren und jederzeit stabil fliegen.

Die 2 Wissenschaftler-Teams aus Zürich und Lausanne entwickelten dazu einen Quadrokopter mit 4 Propellern, die sich unabhängig voneinander bewegen können. Die Propeeller sind auf mobilen Armen befestigt, die mithilfe von Servomotoren um den Hauptrahmen schwenken. Die Drohnensteuerung ist flexibel: In Echtzeit passt sie die Position der Arme den Gegebenheiten an und variiert je nach Schwerpunkt die Geschwindigkeit der Propeller.

Drohne kann sich H-, O-, T- und X-Form falten

„Die Drohne nimmt verschiedene Konfigurationen an, je nachdem was im Feld benötigt wird“, erklärt Stefano Mintchev, Co-Autor und Forscher an der EPFL. Die Standardkonfiguration der 4 Propeller ist X-förmig: Hierbei sind die 4 Propellerarme ausgestreckt, wobei die Propeller maximalen Abstand voneinander haben. Sobald der Platz knapper wird, wechselt die Propellerkonfiguration der Drohne in eine H-Formation. Alle Propellerame richten sich dann entlang einer Achse aus. Bei der O-Formation positionieren sich Arme und Propeller möglichst nah am „Drohnenkörper“. In der T-Konfiguration kann die Drohne mittels einer am Rahmen montierten Onboard-Kamera Objekte heranzoomen, die genauer unter die Lupe genommen werden sollen.

Faltbare Drohne: Erster Schritt zur autonomen Bergung?

Ziel der Forscher ist es, die Drohnenstruktur so weiterzuentwickeln, dass sie sich in Zukunft in alle 3 Dimensionen zusammenfalten kann. Künftig soll sie auch vollkommen autonom fliegen und agieren – durch verbesserte Algorithmen. Die Wissenschaftler wollen die Drohne befähigen, in einem Katastrophengebiet selbstständig nach vermissten Personen zu suchen und im Anschluss den optimalen Weg für die Bergung zu zeigen. „Wir wollen der Drohne Anweisungen geben wie zum Beispiel ‚das Gebäude betreten, jeden Raum inspizieren und zurückkommen‘ und sie soll sie eigenständig ausführen“, sagt Falanga.

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