Wie sie helfen können, Leben zu retten

Ein Mann steuert mit einer Fernsteuerung eine Drohne

Drohnen

Wie sie helfen können, Leben zu retten

Von Inka Reichert

Wenn die Erde bebt, wenn es brennt oder jemand in den Bergen verunglückt ist, könnten künftig Drohnen helfen, Leben zu retten. Die Technik ist aber noch nicht so weit.

Drohnen sollen künftig selbstständig fliegen

Ein Beben der Stärke 7,8 erschüttert im April 2015 Nepal und verwüstet ganze Dörfer. Die Helferteams schicken Drohnen in die Luft. damit können sie nahe an Gebäude herankommen und durch schmale Täler fliegen. Die Einsatzkräfte verschaffen sich so einen Überblick, wo sie am dringendsten gebraucht werden.

Auch anderswo sollen künftig Drohnen zum Einsatz kommen, wenn es für die Helfer zu gefährlich ist – etwa wenn Wälder brennen oder Gebäude einstürzen.

Die Voraussetzung dafür: Die Drohnen müssen selbstständig durch die Gefahrenzone navigieren können. Noch ist die Technik nicht so weit. Forscher auf der ganzen Welt versuchen das zu ändern, darunter Nils Gageik vom Lehrstuhl für Informationstechnik für Luft- und Raumfahrt an der Universität Würzburg.

Woran er forscht, sieht fast so aus wie ein Roboterspiel für Kinder: Eine Drohne schwirrt durch den Raum. Rote und grüne Lichter blinken an ihren vier Seitenarmen, die summende Rotoren tragen. Zwei Personen nähern sich im Wechsel dem Quadrokopter – dieser weicht ihnen jedoch immer wieder aus, wie von Geisterhand geführt.

"Zu stark in die Enge treiben dürfen wir den Kopter allerdings nicht", sagt Nils Gageik, der die Multikopter entwickelt. Die Flugsysteme sollen künftig eigenständig den Weg durch Gebäude finden. "Der Kopter soll eigentlich nicht Menschen ausweichen, sondern Wänden", sagt der Forscher. Das Katz-und-Maus-Spiel mit dem Flugroboter diene nur dazu, die Ausweichmanöver zu demonstrieren.

Der CA-Kopter der Uni Würzburg eckt nicht an 01:08 Min. Verfügbar bis 23.09.2021

Ultraschall und Infrarot für die Navigation

Fünf Jahre tüftelten Nils Gageik und sein Team in Würzburg an dem autonomen Flugsystem. Collision-Avoidance-Kopter nennen sie die Drohnen, Kollisionsvermeidungskopter. Oder kurz: CA-Kopter. "Der Quadrokopter hat rundherum Sensoren, mit denen er kontinuierlich Abstände misst, um entsprechend auf Hindernisse reagieren zu können", sagt Paul Benz, ein Kollege aus dem Team.

Damit die Kollisionsvermeidung auch zuverlässig funktioniert, haben die Würzburger Forscher zwei verschiedene Sensortypen verbaut: einen Ultraschall- und einen Infrarotsensor. "Nähert sich der Kopter einem Fenster, versagt der Infrarotsensor", sagt Paul Benz. Denn das durchsichtige Glas reflektiert nicht das Lichtsignal, das die Drohne aussendet.

In diesem Fall springt der Ultraschallsensor ein. Dieser erkennt die Schallwellen, die an der harten Glasoberfläche zurückgeworfen werden. "Innerhalb eines Raumes können wir den CA-Kopter selbstständig umherfliegen lassen, ohne dass dieser an die Wand stößt", sagt Paul Benz. Das Gerät sei so programmiert, dass es mit ausreichend Sicherheitsabstand an Wänden entlangfliegt.

Der Forscher Paul Benz scheucht einen autonom fliegenden Quadrokopter von sich weg

Der CA-Kopter fliegt autonom und weicht Hindernissen aus

Lebensretter mit Propellern

"Die Idee hinter der autonomen Drohne war von Anfang an, ein System zu entwickeln, das Rettungskräfte in lebensgefährlichen Einsätzen unterstützen kann", sagt Projektleiter Nils Gageik.

Zum Beispiel, wenn in einer Wohnung Gas austritt: Es könnten sich noch Personen im Gebäude aufhalten, die Feuerwehrmänner können es aber nicht betreten – schließlich könnte es jederzeit zur Explosion kommen. Für Menschen wäre ein solcher Einsatz zu gefährlich. Nicht so für die Drohnen: Die autonomen Systeme könnten ins Gebäude fliegen, mithilfe ihrer Sensoren das Gasleck finden und dieses verschließen.

Das klingt nach Science-Fiction. Und heute ist es das auch noch. Doch laut Nils Gageik ist es technisch möglich, diese Vision umzusetzen.

In Deutschland und anderen Ländern sei es aber bisher nicht erlaubt, Flugmodelle außer Sichtweite zu fliegen. Damit ist es auch verboten, autonome Drohnen einzusetzen. "Die Forschung wird noch stark durch die Gesetzgebung gebremst", sagt Gageik.

Eine Drohne mit Roboterarm 01:30 Min. Verfügbar bis 23.09.2021

Vermissten-Suche im Wald

Nicht nur die Forschergruppe in Würzburg sieht großes Potenzial in den fliegenden Rettungsrobotern. In Österreich entwickeln Wissenschaftler der Fachhochschule Joanneum eine Drohne, die bei der Suche nach Lawinen-Verschütteten oder vermissten Bergsteigern helfen soll.

Ausgerüstet mit Lawinensuchgeräten und Wärmebildkameras soll sie mithilfe von Satelliten-Ortung ein definiertes Gebiet abfliegen. Solche GPS-Drohnen setzen Helfer bereits heute bei großflächigen Katastrophen wie Erdbeben ein, um sich ein Bild über die Lage zu verschaffen.

"Während Drohnen, die in großer Höhe fliegen, schon heute genutzt werden, ist das autonome Fliegen in komplexen Umgebungen, etwa in dichten Wäldern, noch nicht möglich", sagt Davide Scaramuzza von der Universität Zürich.

Bereits kleine Fehler könnten zum Absturz führen. Gemeinsam mit der Universität der italienischen Schweiz sowie der Fachhochschule Südschweiz hat die Forschergruppe von Scaramuzza daher eine Software für Drohnen entwickelt, die Waldwege erkennen soll.

Quadrokopter fliegt auf einem schmalen Waldweg

Ein Quadrokopter fliegt auf einem schmalen Waldweg

Um genügend Daten zu sammeln, ging das Team mehrere Stunden auf verschiedenen Wanderwegen in den Schweizer Alpen wandern. Mit Helmkameras nahmen die Forscher mehr als 20.000 Bilder auf.

Die so gewonnenen Daten schleusten sie anschließend in ein tiefes neuronales Netzwerk (DNN = Deep Neural Network). Das ist ein Computer-Algorithmus, der anhand von Übungen lernen kann, komplexe Aufgaben zu lösen. So wie das Hirn des Menschen aus Erfahrung lernt.

Die ersten Tests der Software liefen erfolgreich: Auf unbekannten Pfaden fand die Drohne in 85 Prozent aller Fälle die korrekte Richtung des Weges. Das Forscherteam betont allerdings, dass noch viel Arbeit nötig sei, bis eine autonome Roboterflotte in Wäldern nach vermissten Personen suchen könne.

Die Technik unterstützt den Piloten

Auch die Würzburger Drohnenforscher müssen noch einige technische Details untersuchen, bis der CA-Kopter auf eigene Faust Gebäude erkunden kann. "Problematisch sind beispielsweise Möbel", sagt Paul Benz. Um die Informationen von Hindernissen wie Regalen verarbeiten zu können, seien stärkere Prozessoren nötig.

Je aufwändiger die Ausstattung, desto schwerer wird die Drohne – was die Forscher vermeiden wollen. Der Quadrokopter soll klein, leicht und wendig bleiben, damit er beispielsweise noch durch Türöffnungen fliegen kann.

Forscher Nils Gageik beugt sich prüfend über einen Quadrokopter

Forscher Nils Gageik überprüft den Akku seiner Drohne

"Die Kollisionsvermeidungstechnik soll den Piloten unterstützen", sagt Nils Gageik. Das System solle etwa helfen, Entfernungen einzuschätzen. Der Pilot soll aber jederzeit die Selbststeuerung der Drohne überstimmen können – und so die Kontrolle behalten.

Mehrere Unternehmen interessierten sich bereits für den CA-Assistenten der Würzburger Forscher. Anfang 2016 gründeten diese daher mithilfe der Gründungsförderung Exist ein eigenes Unternehmen: die EmQopter GmbH.

Ihr erster Auftrag: ein Rauchmeldeprüfkopter. "Rauchmelder in Industrieanlagen oder an Decken von Lagerhallen sind oft schwer zugänglich", sagt Nils Gageik. Multikopter haben mit Höhe hingegen kein Problem und sollen beim Überprüfen der Alarmsysteme helfen.

Stand: 16.02.2018, 14:00

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