Augmented Reality im Cockpit 12.05.2020, 07:00 Uhr

Virtuelle Realität soll Hubschrauber-Piloten unterstützen

Wissenschaftler an der Technischen Universität München (TUM) spielen relevante Daten über die Helme von Hubschrauber-Piloten aus, um ihnen bei rauer See die Landung auf einem Schiff zu erleichtern. Erste praktische Tests sind nach Angaben der Forscher bereits vielversprechend verlaufen.

Simulation

Die Situation wird durch die Daten der Instrumente simuliert und dem Piloten auf den Helm übertragen.

Foto: Daniel Delang / TUM

Das Fliegen und Landen eines Hubschraubers ist komplex. Umso mehr Erfahrung benötigen die Piloten unter erschwerten Bedingungen. Sie sollen gleichzeitig Höhe, Geschwindigkeit und Richtung im Griff haben, während der Wind am Helikopter rüttelt, Gegenstände im Weg sind – und sich der Boden bewegt. Genau so sieht es nämlich aus, wenn ein Hubschrauber bei rauer See auf einem Schiff landen soll.

Für Notfalleinsätze ist das kein ungewöhnliches Szenario und auch im Militäreinsatz kommt es häufig vor. Dem Piloten verlangen diese Bedingungen einiges ab. Er muss gegen Sturmböen arbeiten, während aufpeitschende Gischt, Nebel oder Wolken seine Sicht behindern. Gleichzeitig schwankt das Schiff mit den Wellen und mit ihm die Aufbauten des Oberdecks. Auf keinen Fall dürfen die Rotorblätter dort hineingeraten. Natürlich muss der Pilot trotzdem den Landeplatz gut treffen, damit er sicheren Halt auf dem Schiff findet und der Rumpf des Hubschraubers nicht ins Meer kippt. Immer wieder setzt der Pilot zur Landung an, bricht ab, setzt erneut an, bricht ab. Denn ein weiteres Problem behindert in der Praxis seine Arbeit: Er wendet den Blick regelmäßig von der schwierigen Umgebung ab, um die Instrumente im Cockpit zu checken. Nach unzähligen Versuchen lässt langsam die Konzentration nach, während auf dem Schiff womöglich ein Verletzter dringend Hilfe benötigt und jede Minute zählt. Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM) haben für diese Situation jetzt eine Lösung entwickelt, beziehungsweise zumindest eine Möglichkeit zur Unterstützung.

Virtuelle Realität überlagert die Außenansicht

Die Forscher haben ein Assistenzsystem entwickelt, mit dem es möglich sein soll, die Realität mit virtuellen Bildern zu kombinieren. Vereinfacht gesagt, werden im Helm des Piloten wichtige technische Informationen direkt angezeigt. „Auf hoher See gibt es meistens kaum Referenzpunkte, an denen man sich orientieren kann“, erklärt Tim Mehling, Doktorand am Lehrstuhl für Hubschraubertechnologie der TUM. Die Piloten müssten daher häufig den Blick vom Schiff unter ihnen abwenden, um die Daten der Cockpit-Instrumente ablesen zu können. Bei seinem Assistenzsystem wird hingegen aus diesen Informationen eine virtuelle Realität (Augmented Reality) gebildet. Diese überlagert die Außensicht. Das passiert natürlich in Echtzeit, um auf jeden Windstoß und auf jede Welle entsprechend reagieren zu können.

Dafür entwickelte Mehling im ersten Schritt eine realitätsnahe Simulation der Umgebung. Außerdem wertete er nationale und internationale Flugstandards aus und befragte erfahrene Marinetestpiloten, welche Informationen sie für einen sicheren Landeanflug unbedingt benötigen. „Für jede Flugphase während des Landeanfluges auf das Schiff haben wir eine entsprechende Symbolik entwickelt. Die aufeinander abgestimmten Symboliken werden automatisch entsprechend der Flugphase im Helm des Piloten angezeigt“, erklärt Mehling. Im Wesentlichen sieht der Pilot also Informationen zur Fluglage und zu wichtigen Hubschrauberparametern in seinem Helm.

3D-Rutsche soll sichere Landung ermöglichen

Im Extremfall kann sich der Pilot sogar einen idealen Anflug erstellen lassen. Dafür detektiert die Software automatisch das Schiffsdeck und visualisiert dann den Anflug. Angezeigt wird er in einer Art 3D-Rutsche. „Fehlt die Außensicht aufgrund schlechten Wetters, kann der Pilot auf der raumstabilen virtuellen Rutsche hinuntergleiten, um sicher zu landen“, sagt Mehling.

Virtuelle Realität soll Hubschrauber-Piloten unterstützen

Die folgenden Bilder zeigen verschiedene Momente des Landeanflugs, mit Unterstützung der Simualationssoftware.

Foto: (alle Bilder) Daniel Delang / TUM

Virtuelle Realität soll Hubschrauber-Piloten unterstützen
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Virtuelle Realität soll Hubschrauber-Piloten unterstützen
Virtuelle Realität soll Hubschrauber-Piloten unterstützen
Virtuelle Realität soll Hubschrauber-Piloten unterstützen
Virtuelle Realität soll Hubschrauber-Piloten unterstützen

Vier Testpiloten mit Marineerfahrung aus der Bundeswehr und der Industrie haben bereits erste Tests mit dem System durchgeführt und positives Feedback gegeben. Jetzt ist es an den Forschern, weitere Tests zu organisieren und das Assistenzsystem zu optimieren.

Die nötige Erfahrung bringen sie dafür mit. Das zeigt unter anderem der Simulator, den der Lehrstuhl für Hubschraubertechnologie vor einigen Jahren aufgebaut hat. Er wird für sogenannte „Pilot-In-The-Loop“-Simulationen im bodennahen Flug benötigt. Dabei testet der reale Mensch die Technik über die Simulationsmaschine. Durch seinen modularen Aufbau ist es möglich, sowohl verschiedene Hubschrauber zu simulieren als auch sehr schnell einzelne Komponenten der Hardware oder Software auszutauschen. So sind für Forschungszwecke Vergleiche leichter möglich.

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