Forscher der holländischen TU Delft, der University of Liverpool und der Radboud Universität Nijmegen haben es geschafft, 33 Gramm schwere Drohnen mit Schwarmintelligenz zu entwickeln.
Die Situation schein aus dem Roman „Die Tyrannei des Schmetterlings“ von Frank Schätzing zu stammen. Während die biologisch ferngesteuerten Monster in dem Roman versuchen ihre Ziele zu eliminieren, wollen die Forscher mit der Schwarmintelligenz Menschen retten.
Die Aufgabe der Forscher lag darin die 33 Gramm schweren Drohnen selbstständig navigieren zu lassen, obwohl sie über eine eingeschränkte Sensorkapazität und Rechenleistung verfügen. Inspiriert wurden die Forscher von der Natur, in der Insekten eine relativ einfache Art entwickelt haben sich fortzubewegen.
Schwarmintelligenz – von der Natur inspiriert
Die Insektenschwärme haben die Forscher inspiriert kleine Roboterschwärme zu entwickeln, um die eingeschränkten Fähigkeiten einer Drohne zu überwinden. So können kleine und relativ günstige Drohnen Aufgaben übernehmen, die sonst eigentlich nur teure groß Roboter erledigen können. Ein möglicher Einsatzzweck wäre die Erkundung von Gebäuden und Unfallzonen. Mit der Schwarmintelligenz können diese Orte viel schneller erkundet werden, als mit einer einzelnen Drohne.
Die Forscher haben die letzten vier Jahre an einer Lösung gearbeitet, die von der Fundation Natural Artificial Intelligence (NWO) finanziert wurde. Das Ziel war einen Drohnenschwarm zu entwickeln, der für Rettungseinsätze benutzt werden kann. In der Zukunft sollen Rettungskräfte durch den Drohnenschwarm unterstützt werden, indem sie die betroffenen Gebiete selbständig erkunden. Mögliche Einsatzgebiete wären vom Einsturz gefährdete Gebäude oder schwer zugängige Gebiete.
Die von den Forschern entwickelten Drohnen sind alle mit Kameras ausgestattet und ihr Ziel ist es in einem normalen Bürogebäude selbstständig zwei Menschenattrappen zu finden. In diesem Proof-of-Konzept Test ist ein Schwarm von Vorteil, weil mehrere Drohnen gleichzeitig arbeiten können. In dem Test haben die Forscher bewiesen, dass sechs Drohnen es in 6 Minuten schaffen können, ein Bürogebäude zu 80 Prozent zu durchsuchen. Natürlich beschränkte ihr Einsatzgebiet sich auf die offenen Büroräume.
Die größte Schwierigkeit in dem Test bestand darin, dass sich die einzelnen Drohnen selbständig durch die Räume bewegen konnten. Die kleine Kamera und die limitierte Rechenleistung der Drohnen machte es den Forschern schwer, die Drohnen selbständig manövrieren zu lassen. Wie so oft half auch die Natur bei der Lösung.
Insekten fertigen keine detaillierten Pläne ihrer Umgebung an. Sie merken sich nur relevante Punkte, wie Futtermöglichkeiten oder ihr eigenes Nest. Die Aufgabe der Forscher bestand also darin, die Navigationsexspektativen so zu minimalisieren, dass die Drohnen nur fähig waren, zu ihrer Basis zurück zu kehren.
Quelle: TU Delft
Flugbahnen von 6 Drohnen, die in weniger als 6 Minuten eine ganze Büroetage erkunden. Die Drohnen fliegen zunächst von der Startposition in der Mitte von der Basisstation weg, erkunden die offenen Räume und kehren schließlich zur Basisstation zurück
Der „Bug-Algorithmus“
„Die Navigationsmethode ist eine neuartige Art von Bug-Algorithmus. Bug-Algorithmen erstellen keine Umgebungskarten, sondern bearbeiten Hindernisse schnell. Detaillierte Karten sind im Prinzip sehr praktisch, da sie es einem Roboter ermöglichen, entlang eines optimalen Pfades von einem beliebigen Punkt auf der Karte zu einem beliebigen anderen Punkt zu navigieren“, erklärt Kimberly McGuire, einer der verantwortlichen Forscher. „Die Kosten für die Erstellung einer solchen Karte mit winzigen Robotern sind jedoch ineffizient. Der vorgeschlagene Bug-Algorithmus führt zu weniger effizienten Pfaden, hat aber den Vorteil, dass er sogar auf winzigen Robotern implementiert werden kann.“
Cover Bild: Foto de Thierry Fillieul en Pexels
Für mehr Informationen:
K.N. McGuire, C. De Wagter, K. Tuyls, HJ Kappen und GCHE de Croon
Science Robotics, 23. Oktober 2019
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