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.
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
