Multicopter als autonome Kundschafter
EU-Projekt „sFly“: Dank effizienter Bildverarbeitung kommen Mikrohelikopter ohne GPS und Fernsteuerung aus.
Weltweit wird geforscht und getüftelt, um Mikrohelikopter – Micro Aerial Vehicles (MAV) – laufend weiter zu entwickeln und zu verbessern. Die heutigen Flugroboter sind allerdings noch groß und schwer und, im Einsatz im freien Feld, oft abhängig von GPS oder von einem trainierten Piloten, der den Flugroboter mit einer Fernbedienung steuert. Im Rahmen eines EU-Projekts haben ETH-Ingenieure nun eine neue Art von Flugrobotern entwickelt, die sowohl in Innenräumen wie auch im Freien fliegen können.
Abb.: Die Mikroroboter können sowohl im Freien wie auch in geschlossenen Räumen autom navigieren. Dazu verfügen sie über sechs Rotoren, drei Bordkameras und ein Minicomputer. Das Gesamtgewicht beträgt 1500 Gramm. Eine ausgeklügelte Technik macht GPS überflüssig. (Bild: F. Pomerleau, ETHZ)
Die Flugroboter sind mithilfe von Kameras und einem Minicomputer an Bord in der Lage, ihren Flug zu stabilisieren und sich zu orientieren, ohne für die Navigation auf eine Verbindung zur Bodenstation angewiesen zu sein. Dabei werden die Flugbewegungen des Helikopters in Echtzeit aus den Kamerabildern berechnet und von einer Flugsteuereinheit mit den Sollwerten verglichen und bei Abweichungen korrigiert.
Diese Technologie, entwickelt am Labor für Autonome Systeme der ETH Zürich, hat zwei gewichtige Vorteile gegenüber GPS-basierten Flugrobotern. Zum einen funktionieren sie sowohl im Freien wie auch in geschlossenen Räumen. Zum andern können die Flugroboter auch dann noch navigieren, wenn das GPS z.B. wegen zu dichter Bauweise von Gebäuden seinen Dienst versagt. „Die kamerabasierte Technologie erlaubt erst noch eine viel genauere Positionierung der Fluggeräte, als es mit GPS möglich ist,“ sagt Projektkoordinator Davide Scaramuzza. Je nach Umgebung könne der GPS-Fehler bei 70 m liegen – viel zu ungenau, wenn mehrere Flugroboter nahe aneinander fliegen.
Während eine von insgesamt drei Bordkameras der Flugsteuerung dient, werden die zwei andern Kameras der Mikrohelikopter für die 3-D-Modellierung verwendet. Der Bordcomputer übermittelt die aufgenommenen Bilder über WLAN an einen Computer am Boden, der dann daraus eine 3-D-Karte des überflogenen Geländes erstellt. Einerseits zeigt die 3-D-Karte Hindernisse für die Flugroboter auf, andererseits können damit etwa bestmögliche Positionen zur lückenlosen Geländeüberwachung berechnet werden. Die Technologie der 3-D-Modellierung stammt vom Institut für Visual Computing der ETH Zürich.
Eine Schwachstelle herkömmlicher Bauweisen von Flugrobotern betrifft ihr Gewicht und ihren Energiehunger. Eines der Ziele von sFly war denn auch, effizientere Algorithmen zu entwickeln, die weniger Rechenleistung benötigen, aber auch die Rechenleistung auf flugfähigen Geräten zu erhöhen. In Zusammenarbeit mit der auf Flugroboter spezialisierten Firma Ascending Technologies in München entstand schließlich ein Prototyp mit sechs Rotoren und einem Gewicht von 1500 Gramm, inklusive drei Bordkameras und einem Minicomputer.
Die neuen Mikrohelikopter haben einen Durchmesser von rund fünfzig Zentimetern. Sie sind dafür geschaffen, auch in engen oder gar geschlossenen Räumen zu manövrieren und allfällige Hindernisse zu erkennen und zu umfliegen. Anwendungen ergäben sich bei Rettungseinsätzen; wenn es zum Beispiel darum geht, ein Katastrophengebiet zu überfliegen und ein Bilder aus der Luft zu liefern oder auch mögliche Opfer zu orten.
ETH / OD
