Forscher entwickeln Schwarm von winzigen Drohnen, um unbekannte Umgebungen zu erkunden

Forscher der Technischen Universität Delft haben einen Schwarm von winzigen Drohnen entwickelt, die in der Lage sind, unbekannte Umgebungen autonom zu erkunden. Die Forschung wurde am 23. Oktober in Science Robotics vorgestellt. Die neue Arbeit ist wichtig für die laufende Entwicklung der Schwarmrobotik.

Einer der größten Herausforderungen bei der Entwicklung dieser winzigen Roboter war, dass sie, um autonom zu navigieren, ihre begrenzten Sensoren und Rechenkapazitäten überwinden mussten. Das Team, bestehend aus Forschern der TU Delft, der Universität Liverpool und der Radboud-Universität Nijmegen, orientierte sich an der Insektennavigation als Modell.

Enormes Potenzial

Wie bereits mehrmals auf dieser Website erwähnt, ist die Schwarmrobotik ein wachsendes Feld, das viele Möglichkeiten eröffnet. Die echten Insekten-Schwärme wurden als Modell für winzige Roboter verwendet. Ein einzelner Roboter kann in seinen Fähigkeiten begrenzt sein, aber wenn man viele zusammenfasst, können neue Fähigkeiten entstehen. Die kleinen Roboter sind oft weniger teuer und können Aufgaben erledigen, die viele größere Roboter nicht können. Mit der Verwendung von kleinen robotischen Drohnen, die in einem Schwarm agieren, können Katastrophengebiete viel schneller erkundet und verstanden werden. Diese Technologie ist noch nicht verfügbar, aber Forscher arbeiten ständig daran, weil sie viele Möglichkeiten bietet.

Das gemeinsame Forschungsteam der TU Delft, der Universität Liverpool und der Radboud-Universität Nijmegen wird von der niederländischen nationalen Wissenschaftsstiftung NWO Natural Artificial Intelligence-Programm finanziert.

Einer der wichtigsten Bereiche, in denen diese Technologie eingesetzt werden kann, ist bei Such- und Rettungsmissionen. Das Forschungsteam entwickelte die Schwärme von Drohnen mit der Idee, sie bei solchen Missionen einzusetzen. Wenn das Team sein Ziel erreicht, können Rettungskräfte Schwärme von winzigen Drohnen verwenden, um ein Katastrophengebiet zu erkunden und zurückzumelden. Zum Beispiel könnte ein Gebäude, das zusammenzubrechen droht, von den Drohnen erkundet werden, und sie würden dann zurückmelden, wo sich Menschen im Inneren befinden.

Die Schwärme von winzigen Drohnen könnten auch mit Kameras ausgestattet werden, um Opfer zu finden. Das Forschungsteam testete dies, indem es die Drohnen in eine Innenumgebung mit zwei Dummy-Opfern schickte. Der Test war erfolgreich, und ein Schwarm von 6 Drohnen erkundete 80% der offenen Räume innerhalb von 6 Minuten. Diese Aufgabe ist mit nur einem Drohne nicht möglich.

Ein weiterer Vorteil von mehreren kleinen Drohnen ist, dass, wenn eine Drohne fehlschlägt und kein Bild zurückbringt, es mehrere andere gibt, die dieselbe Information haben. Dies wurde im Test gezeigt, als eine Drohne ein Opfer fand, aber das Bild verlor, und eine andere zurückkam, um es zu liefern.

Größte Herausforderungen

Kimberly McGuire ist eine Doktorandin, die am Projekt arbeitete.

“Die größte Herausforderung bei der Erreichung der Schwarmexploration liegt auf der Ebene der individuellen Intelligenz der Drohnen”, sagt McGuire. “Am Anfang des Projekts konzentrierten wir uns auf die Erreichung von grundlegenden Flugfähigkeiten wie der Kontrolle der Geschwindigkeit und der Vermeidung von Hindernissen. Danach entwickelten wir eine Methode, mit der die kleinen Drohnen sich gegenseitig erkennen und vermeiden können. Wir lösten dies, indem wir jeder Drohne einen drahtlosen Kommunikationschip einbauten und dann die Signalstärke zwischen diesen Chips nutzten – dies ist ähnlich wie die Anzahl der Balken, die auf Ihrem Telefon angezeigt werden, wenn Sie sich von Ihrem WiFi-Router in Ihrem Zuhause entfernen. Der Hauptvorteil dieser Methode ist, dass sie keine zusätzliche Hardware auf der Drohne erfordert und dass sie sehr wenige Berechnungen benötigt.”

Der schwierigste Teil bei der Entwicklung dieser winzigen Schwarmroboter ist die autonome Navigation. Es ist extrem schwierig, eine Gruppe von kleinen Robotern zu navigieren, die eine völlig unbekannte Umgebung erkunden. Dies ist der Hauptgrund, warum die Forscher sich an Insekten als Modell orientierten; sie navigieren oft in Umgebungen, ohne vorherige Kenntnisse davon zu haben.

“Die Hauptidee hinter der neuen Navigationsmethode ist, unsere Navigationserwartungen auf das Äußerste zu reduzieren: Wir benötigen nur, dass die Roboter in der Lage sind, zurück zur Basisstation zu navigieren”, sagt Guido de Croon, der leitende Forscher des Projekts. “Der Schwarm von Robotern verteilt sich zunächst in die Umgebung, indem jeder Roboter eine andere bevorzugte Richtung verfolgt. Nach der Erkundung kehren die Roboter zu einem drahtlosen Leuchtturm zurück, der sich an der Basisstation befindet.”

Diese neue Entwicklung ist nur eine von vielen, die aus der Robotik kommen. Die Schwarmrobotik ist ein wichtiges Feld, das viele neue Möglichkeiten eröffnet.