Algorithmus ermöglicht es autonomen Drohnen, schneller als menschlich gesteuerte zu fliegen

In der Vergangenheit konnten menschliche Piloten autonome Systeme beim Fliegen von Drohnen erfolgreich überbieten. Ein Forschungsteam der Universität Zürich (UZH) hat jedoch einen Algorithmus entwickelt, der diese Dynamik ändert.

Drohnen müssen aufgrund ihrer begrenzten Batterielebensdauer schnell sein. Sie müssen ihre Aufgaben so schnell wie möglich erledigen, einschließlich Such- und Rettungsmissionen, Gebäudeinspektionen oder Lieferungen. Dies erfordert oft, dass Drohnen durch eine Reihe von Wegpunkten fliegen, wie Fenster, Räume, kleine Räume oder andere spezifische Orte. Wenn sie durch diese Wegpunkte fliegen, berechnen die Drohnen die beste Flugbahn und Beschleunigung oder Verzögerung an jedem Punkt.

Der Algorithmus des Teams

Der Algorithmus des Forschungsteams kann die schnellste Flugbahn für einen Quadrocopter, also eine Drohne mit vier Propellern, durch eine Reihe von Wegpunkten auf einem Rundkurs finden.

Davide Scaramuzza leitet die Robotics and Perception Group an der UZH und den Rescue Grand Challenge der NCCR Robotics, der die Forschung finanziert.

“Unsere Drohne hat die schnellste Runde von zwei weltklassigen menschlichen Piloten auf einer experimentellen Rennstrecke geschlagen”, sagt Scaramuzza. “Die Neuheit des Algorithmus besteht darin, dass er der erste ist, der zeitsparende Flugbahnen generiert, die die Einschränkungen der Drohnen vollständig berücksichtigen.”

Frühere Arbeiten in diesem Bereich konzentrierten sich auf Vereinfachungen des Quadrocopter-Systems oder der Beschreibung der Flugbahn, die begrenzende Faktoren waren.

Phillip Foehn ist ein PhD-Student und Erstautor des Papiers.

“Die wichtigste Idee ist, dass unser Algorithmus der Drohne nicht bestimmte Abschnitte der Flugbahn zuweist, sondern der Drohne einfach sagt, durch alle Wegpunkte zu fliegen, aber nicht, wie oder wann”, sagt Foehn.

Testen des neuen Algorithmus

Um das neue System zu testen, setzte das Team den Algorithmus und zwei menschliche Piloten gegeneinander, die die gleiche Drohne durch einen Rundkurs flogen. Sie verließen sich auf externe Kameras, um die Bewegung der Drohnen aufzunehmen. Mit der autonomen Drohne lieferten diese Kameras dem Algorithmus Echtzeit-Informationen, wie die Position der Drohne zu jedem gegebenen Zeitpunkt.

Um ein faires System zu schaffen, ließen die Forscher die menschlichen Piloten vor dem Rennen auf dem Rundkurs trainieren. Trotz all dieses Trainings gewann der Algorithmus immer noch, und alle seine Runden waren schneller als die menschlichen. Der Algorithmus zeigte auch eine größere Konsistenz als der Mensch. Nachdem er die beste Flugbahn gefunden hatte, konnte er sie wiederholt reproduzieren, was den Menschen nicht gelang.

Die Forscher müssen eine weniger rechenintensive Drohne entwickeln, wenn sie kommerzielle Anwendungen erreichen soll. Das aktuelle System benötigt bis zu einer Stunde, um die zeitsparende Flugbahn für das Ereignis zu berechnen, und es verlässt sich auf externe Kameras, um seine Position zu jedem Zeitpunkt zu berechnen. Die Wissenschaftler wollen nun Bordkameras erforschen.

Trotz dieser erforderlichen Fortschritte ist die Tatsache, dass die autonome Drohne schneller fliegen kann als der Mensch, eine entscheidende Entwicklung.

“Dieser Algorithmus kann enorme Anwendungen in der Paketzustellung mit Drohnen, Inspektion, Such- und Rettungseinsätzen und mehr haben”, sagt Scaramuzza.