02.06.2023

Eine Voliere für die Drohnenforschung

Im DroneHub wird das Zusammenspiel von Drohnen, Infrastruktur und Natur untersucht.

Drohnen erkennen Schäden an Gebäuden und führen selbständig Reparatur- und Unterhalts­arbeiten durch. Dieses Bild zeichnet Drohnen­forscher Mirko Kovac, wenn er über seine Vision für das Zusammenspiel von autonomen Flugrobotern und unserer bebauten Umwelt spricht. Als Leiter des Empa-Forschungs­labors „Sustainability Robotics“ und Direktor des „Aerial Robotics Lab“ am Imperial College London lassen sich Kovac und sein Team in ihrer Forschung von der Natur inspirieren. Dabei entstehen Drohnen, die wie Wasservögel ins Wasser ein- und wieder auftauchen und sich in Sekunden­schnelle in die Lüfte erheben. Oder solche, die sich an Wänden und Decken anheften und wie Spinnen an dünnen Fäden abseilen. Oder es entstehen ganze Drohnen­schwärme, die von Bienen­völkern inspiriert, in Arbeitsteilung und mit 3D-Druck­verfahren bauen können. Gleichzeitig arbeiten die Forschenden an bio-hybriden Flugrobotern, die sich nach getaner Arbeit in der Natur biologisch zersetzen und keinerlei Spuren hinterlassen.

Abb.: Im DroneHub nahe Zürich sollen die Weichen für eine künftige...
Abb.: Im DroneHub nahe Zürich sollen die Weichen für eine künftige Koexistenz von Menschen und Drohnen gestellt werden. (Bild: Empa)

Solche und andere Drohnensysteme werden heute in den Flugarenen an der Empa in Dübendorf und am Imperial College London entwickelt und getestet. Als Ergänzung und um die Entwicklungs­bedingungen noch realistischer zu gestalten, soll nun auf dem Forschungs- und Innovations­gebäude NEST eine Voliere entstehen, die als ständige Outdoor-Testumgebung für verschiedene Anwendungen genutzt werden kann. „Mit dem DroneHub im NEST wollen wir insbesondere auch die Bedürfnisse der Industrie besser verstehen und in unsere Forschung einbeziehen“, sagt Kovac.

Der DroneHub ist ein Art Käfig mit einer Höhe von bis zu elf Metern und einer Grundfläche von neunzig Quadratmetern. Er besteht aus einer Röhren­konstruktion und einem Gitternetz und kommt auf der obersten Plattform von NEST zu liegen. Im Endausbau soll der DroneHub Testumgebungen für drei Forschungs­felder bieten. Auf der Nordseite prägt eine experi­mentelle Fassade das Bild. Die Wand ist mit austauschbaren Elementen mit unter­schiedlichen Oberflächen bestückt und dient der Entwicklung von Drohnen, die Inspektions- und Reparatur­arbeiten in der Vertikalen ausführen können. Dazu gehören auch 3D-Druck­verfahren aus der Luft.

„Die Drohnen können beispielsweise Risse erkennen und reparieren, ohne dass aufwändige Gerüste nötig sind oder die Sicherheit von Personen gefährdet wird“, sagt Kovac. Durch die ständige Einsatz­bereitschaft der Drohnen steigt die Geschwindigkeit, mit der Schäden behoben werden können – womit sich mögliche Ausfälle der Infra­struktur minimieren lassen. „Das kann insbesondere für Energie­anlagen wie Windturbinen oder Staudämme sehr relevant sein“, so der Drohnen­experte. Dadurch, dass sich der DroneHub unter freiem Himmel, aber gleichzeitig innerhalb einer Gebäude­struktur befindet, herrschen realistische Bedingungen hin­sichtlich Wind und Wetter und den sich daraus ergebenden Turbu­lenzen.

Das zweite Forschungsfeld setzt die Interaktion zwischen Drohnen und der Natur ins Zentrum. Die heutige Klimaforschung ist angewiesen auf Sensor- und Überwachungs­daten aus der Umwelt. „Drohnen sind optimale Datenlieferanten – insbesondere in unwegsamen und weiträumigen Gebieten. Sie können gezielt Sensoren in der Natur platzieren und mit regelmäßigen Flügen die Daten ablesen“, sagt Kovac. Wichtig dabei ist, dass die Sensor- und Drohnen­systeme selbst keinen nachteiligen Einfluss auf die Umwelt haben. In einer natürlich gestalteten Umgebung mit Bäumen und Waldboden lassen sich Tests mit biologisch abbaubaren Drohnen- und Sensor­materialien durchführen. Ein Teil dieser Biosphäre soll zudem als „Gewächshaus“ für bio-hybride Roboter­strukturen dienen – also etwa zum Kultivieren von Bauteilen für Drohen aus nach­wachsendem und biologisch abbaubaren Materialien.

Für den dritten Forschungs­bereich soll der DroneHub um Schnittstellen mit der Außenwelt ergänzt werden. „Wenn wir uns eine Zukunft vorstellen, in der Drohnen auf natürliche Weise in den städtischen Alltag integriert sind und Roboter und Menschen koexistieren, dann brauchen wir dazu Regeln und techno­logische Standards“, sagt Kovac. Das beginnt bereits bei den Landeplätzen an oder auf Gebäuden, die von Drohnen autonom angeflogen werden sollen – oder bei Ladestationen, an denen die Transport­drohnen selbständig Energie für den nächsten Flug nachtanken. Im DroneHub werden sich die Forschenden um die Entwicklung und Etablierung von technischen Richt­linien für solche Schnittstellen zwischen Gebäuden und Flug­robotern kümmern.

Empa / JOL

Weitere Infos

EnergyViews

EnergyViews
Dossier

EnergyViews

Die neuesten Meldungen zu Energieforschung und -technologie von pro-physik.de und Physik in unserer Zeit.

Sonderhefte

Physics' Best und Best of
Sonderausgaben

Physics' Best und Best of

Die Sonder­ausgaben präsentieren kompakt und übersichtlich neue Produkt­informationen und ihre Anwendungen und bieten für Nutzer wie Unternehmen ein zusätzliches Forum.

Meist gelesen

Themen