Autopilot funktioniert 03.07.2015, 06:55 Uhr

Autonom fliegender DLR-Hubschrauber Artis meistert Testflüge

Jetzt sollen nicht mehr nur Autos autonom fahren, sondern Hubschrauber autonom fliegen. Dass dies ziemlich präzise funktionierung, hat das Deutsche Zentrum für Luft und Raumfahrt mit seinem Hubschrauber Artis bewiesen. Nicht etwa ferngesteuert, sondern wirklich autonom fliegt das Gerät, weicht Hindernissen aus und gleicht störende Windböen aus. 

Artis fliegt grundsätzlich automatisch. Die DLR-Forscher am Boden halten stets Sichtkontakt zum Modellhubschrauber und können im Notfall die Kontrolle übernehmen.

Artis fliegt grundsätzlich automatisch. Die DLR-Forscher am Boden halten stets Sichtkontakt zum Modellhubschrauber und können im Notfall die Kontrolle übernehmen.

Foto: DLR

Artisträgt die Autonomie schon im Namen: Denn Artissteht für „Autonomous Rotorcraft Testbed for Intelligent Systems“, also auf deutsch etwa „Autonomer Drehflügel-Versuchsträger für intelligente Systeme“. Artisist ein unbemannter Hubschrauber mit einer Rotorspannweite von drei Metern, der am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt und betrieben wird, um Technologien für das automatische Fliegen zu erforschen.

„Kleeblatt ist eine sehr komplexe geometrische Figur“

Derzeit fliegt Artis immer wieder die in sich verschlungene Form eines Kleeblattes nach. „Die Kleeblattform ist eine sehr komplexe geometrische Form mit permanenten Richtungswechseln, sodasss der Hubschrauber keinen stationären Zustand einnehmen kann“, erklärt Johann Dauer vom DLR-Institut für Flugsystemtechnik in Braunschweig. „So können wir am besten überprüfen, ob unsere Entwicklungen funktionieren.“ Die These dahinter: Wer autonom ein Kleeblatt fliegt, der kann auch in schwierigen Umgebungen und zwischen engen Hindernissen unfallfrei fliegen.

Die dynamische Optimierung lässt den autonomen Artis-Hubschrauber äußere Störungen kompensieren, sodass er beim Kleeblattflug kaum von seinem Referenzpfad – das ist die weiße Linie – abweicht.

Die dynamische Optimierung lässt den autonomen Artis-Hubschrauber äußere Störungen kompensieren, sodass er beim Kleeblattflug kaum von seinem Referenzpfad – das ist die weiße Linie – abweicht.

Foto: DLR

Grundsätzlich fliegt der Forschungshubschrauber völlig autonom. Vorne haben die Forscher eine Stereokamera angebracht, mit der ArtisHindernisse erkennen und die Entfernung berechnen kann. Der Mensch greift nur im Notfall ein und übernimmt das Kommando. Die Auswertung von im September 2014 absolvierten Kleeblattflügen attestieren dem Hubschrauber eine sehr hohe Genauigkeit.

Artiswich bei keinem einzigen Flug mehr als 2 m vom Kurs ab, meistens blieb es bei Abweichungen zwischen ein und zwei Metern. Dipl.-Ing. Dauer arbeitet mit dem Forschungshubschrauber im Rahmen seiner Promotion, in der er die Brücke schlägt zwischen lernfähigen Algorithmen und Optimierungsverfahren für die genaue Führung eines Hubschraubers.

Artis lernt, während er fliegt dazu“

Dabei berücksichtigt er auch die Betriebsgrenzen des Hubschraubers. So kann schon vor dem Flug festgestellt werden, ob die Maschine unter den aktuell vorherrschenden Witterungsumständen, beispielsweise starke Windböen, seinen Flug gefahrlos antreten kann. Bei diesem Verfahren dienen als Vorgaben einzig die zu fliegende Geometrie und die Fluggenauigkeit.

Der Hubschrauber Artis berechnet seine Flugbahn selbst und passt sie den aktuellen Gegebenheiten an. Ob ein Hindernis, ein Änderung in Windstärke oder der Windrichtung – Artis fliegt grundsätzlich völlig automatisch.

Der Hubschrauber Artis berechnet seine Flugbahn selbst und passt sie den aktuellen Gegebenheiten an. Ob ein Hindernis, ein Änderung in Windstärke oder der Windrichtung – Artis fliegt grundsätzlich völlig automatisch.

Foto: DLR

Wie Artis mit diesen Vorgaben umgeht, entscheidet die lernfähige Maschine selbst. „Artislernt während er fliegt dazu. Dadurch wird sein Flug von Versuch zu Versuch besser“, freut sich Dauer.

Waldbranderkundungen und Polizeieinsätze denkbar 

Das Ziel der Forschung: Hubschrauber sollen auch durch hindernisreiche Umgebungen, beispielsweise in einer Stadt, ihren Weg finden – selbstständig und ohne Fernsteuerung. Störende Faktoren wie Hindernisse oder der Wind sollen selbstständig erkannt, ausgeglichen oder einfach umflogen werden.

Vom Boden gibt es nur Start, Ziel und die zu erledigende Aufgabe als Vorgabe. Das können dann Waldbranderkundungen, Staubeobachtungen auf der Autobahn oder polizeiliche Suchaufgaben sein. Artishat eine gewisse Nutzlast-Kapazität und lässt sich daher mit Kameras ausstatten, die Bilder von der zu erledigenden Aufgabe zur Bodenstation senden.

Zwischen 2011 und 2014 übernahm K-MAX Transportaufgaben im Afghanistan-Krieg. Jetzt soll der unbemannte Helikopter Brände löschen und Menschen aus Gefahrensituationen befreien.

Zwischen 2011 und 2014 übernahm K-MAX Transportaufgaben im Afghanistan-Krieg. Jetzt soll der unbemannte Helikopter Brände löschen und Menschen aus Gefahrensituationen befreien.

Foto: Kaman Corp.

Noch ist das Zukunftsmusik, noch sind es nur die Kleeblattflüge, die Artis absolviert. Das Besondere an dem Konzept: Während des Fluges erhält Artiskeinerlei Positionsfeedback, zum Beispiel durch GPS-Signale. Das machen die Forscher, um Ungenauigkeiten und Fehler in den Steueralgorithmen leichter entdecken zu können. Artisfindet während der etwa 40 sec die komplexe vorgegebene Kleeblatt-Flugbahn mit einem Durchmesser von ungefähr 50 m völlig autonom heraus. Das entspricht der Leistung, ein Labyrinth mit verbundenen Augen zu durchlaufen.

Ein Stück weiter ist da schon der amerikanische Lockheed-Konzern. Der hat schon mit dem K-Max einen autonom fliegenden Hubschrauber entwickelt, der beispielsweise bei Waldbränden eingesetzt wird.

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