Drohne fliegt autonom durch unbekanntes Gefilde

Zürcher Robotik-Forscher haben eine Drohne darauf trainiert, autonom mit Geschwindigkeiten bis zu 40 Stundenkilometern durch unbekannte Umgebungen zu fliegen. Die auf künstliche Intelligenz beruhenden Berechnungen der Flugbahn werden direkt an Bord durchgeführt.

Wo Einsatzkräfte zu Fuss schlecht oder nur unter grosser Gefahr hinkommen, können Drohnen helfen. Sie sind wendig und können unübersichtliche Umgebungen mit hoher Geschwindigkeit überfliegen. Bislang brauchte es allerdings erfahrene Piloten, um die Fähigkeit der Flugroboter voll auszuschöpfen.

Autonom fliegen konnten Drohnen nur bei tiefen Geschwindigkeiten, da Sensoren zuerst Umgebungsdaten erfassen mussten und anschliesnsend auf dieser Basis die Umgebung kartierten und die Flugroute planten. Ein Team der Universität Zürich um Davide Scaramuzza berichtet im Fachmagazin «Science Robotics» nun von einer deutlich effizienteren Methode. Sie entwickelten einen Ansatz, der Quadrocopter mit viel höheren Geschwindigkeiten und ohne Risiko einer Kollision durch die Gegend sausen lässt.

Der Clou: Das Gehirn der Drohne, ihr neuronales Netz, wird mit einem Algorithmus gefüttert, der eine computergestützte Drohne durch eine simulierte Umgebung fliegt. So lernt die Drohne von seinem «simulierten Lehrer», wie sich Hindernisse, etwa Zylinder oder Kegel, umfliegen lassen. In freie Wildbahn entlassen, kann sie dank des Trainings in Sekundenbruchteilen die beste Flugbahn an Bord errechnen, basierend auf den übermittelten Echtzeit-Sensorendaten.

«Während Menschen Jahre für das Training benötigen, kann künstliche Intelligenz mit Hilfe von Hochleistungs-Simulatoren viel schneller, quasi über Nacht, vergleichbare Navigationsfähigkeiten erreichen», sagte Mitautor Antonio Loquercio gemäss einer Mitteilung der Universität Zürich.

So zeigten die Forschenden in Feldversuchen, dass der Quadrocopter absturzfrei und sicher durch Umgebungen navigieren kann, die er während des Trainings nie erlebt hat. Mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von rund zwanzig Stundenkilometern und einer Maximalgeschwindigkeit von vierzig Stundenkilometern flog er durch dichte Wälder, schneebedecktes Gelände, entgleiste Züge und eingestürzte Gebäude.

Gemäss den Forschenden könnte dieser KI-Ansatz einst auch nützlich sein, um etwa die Leistungen autonomer Autos zu verbessern. Sie möchten nun daran arbeiten, dass die Drohne auch bei Geschwindigkeiten von über 40 Stundenkilometern sicher navigiert.