Drohnentechnologie der nächsten Generation: Ungarisches Labor meistert autonome Präzisionslieferung

Wenn wir von Lieferdrohnen hören, stellen sich viele von uns futuristische Szenen vor: Schwebende Geräte, die Bestellungen direkt auf Balkonen oder vor Gartentoren abliefern. Die Realität ist jedoch viel komplexer. Die größte Herausforderung besteht darin, diese Geräte in die Lage zu versetzen, autonom, sicher und zuverlässig durch die oft unvorhersehbare städtische Umgebung zu navigieren. Forscher des HUN-REN SZTAKI Systems and Control Lab (SCL) haben in diesem Bereich weltweit einzigartige Ergebnisse erzielt, indem sie intelligente Steuerungslösungen entwickelt haben, die es Drohnen ermöglichen, in Echtzeit auf Umweltveränderungen zu reagieren – und das bei minimalem Energieverbrauch.

Eine Drohne, die sieht, denkt und entscheidet

Damit eine Drohne sicher fliegen kann, muss sie wissen, wo sie sich befindet, was um sie herum ist und welche Richtung sie einschlagen soll. Vorprogrammierte Flugrouten reichen nicht aus – eine schnelle, improvisierte Anpassung ist erforderlich. Ein vorbeifliegender Vogel, ein aufgestellter Baukran oder sogar ein plötzlicher Windstoß können eine Änderung der geplanten Route erzwingen. Autonome Drohnen können sich zur Orientierung auf eine Reihe von Sensoren stützen: GPS, Beschleunigungsmesser und Gyroskope, Kameras und LIDAR – das ähnlich wie Radar funktioniert, aber Laser statt Funkwellen verwendet, um Objekte und Hindernisse in der Umgebung zu erfassen.

Dies bringt uns zu einem der grundlegenden Dilemmata der Technologie: Wir können Drohnen mit den bestmöglichen Sensoren ausstatten, aber diese sind schwer, verbrauchen viel Energie und machen das System kompliziert. Doch eine Drohne kann nur ein begrenztes Gewicht tragen, und ihre Batteriekapazität ist endlich. Deshalb sind intelligente, effiziente Steuerungslösungen gefragt – es geht nicht darum, alle Daten zu erfassen und aufzuzeichnen, sondern gerade so viel, dass schnelle und sichere Entscheidungen getroffen werden können.

Die Forscher von HUN-REN SZTAKI SCL entwickeln Softwaresysteme, die auf der Grundlage der verfügbaren Daten schnelle und zuverlässige Entscheidungen treffen können. “Diese Systeme planen nicht nur voraus, sondern planen die Bewegungen der Drohne ständig neu, selbst bei der kleinsten unerwarteten Veränderung”, sagt Tamás Péni, Forscher am SCL. “Es reicht nicht aus, zu wissen, wo sich das Hindernis zu einem bestimmten Zeitpunkt befindet – die Drohne muss auch vorhersagen, wie sich das Objekt bewegen könnte, und ihre eigene Bewegung entsprechend anpassen, um angemessene Sicherheitsabstände einzuhalten.”

Um dies zu erreichen, erfolgt die Flugwegplanung auf zwei Ebenen. Die erste ist die globale Ebene, die ähnlich funktioniert wie die Verwendung eines GPS, um ein Ziel anzusteuern. Auf der Grundlage verfügbarer Karten und Daten plant die Drohne ihre Route im Voraus. Wenn jedoch eine unerwartete Situation eintritt – zum Beispiel ein Hindernis auf ihrem Weg -, schaltet die Drohne auf die lokale Ebene um und passt ihren Flugweg an oder überdenkt sogar ihre gesamte Route. Wenn mehrere Drohnen gleichzeitig in der Luft sind, können sie auch miteinander kommunizieren. Wenn eine Drohne zum Beispiel ein neues Hindernis entdeckt – etwa einen Kran, der nicht auf der Karte eingezeichnet war – kann sie diese Information sofort an die anderen weitergeben. Auf diese Weise arbeiten alle Drohnen mit einer einzigen “Karte” in Echtzeit und können ihr Ziel sicher erreichen.

Mit dem von den HUN-REN SZTAKI-Forschern entwickelten System kann eine Drohne mit einem einfachen Haken autonom ein Paket von einem fahrenden Fahrzeug aufnehmen und an ein anderes fahrendes Fahrzeug ausliefern – zentimetergenau. Jeder, der schon einmal ein Angelspiel auf dem Rummelplatz gespielt hat, weiß: Das ist keine leichte Aufgabe, selbst wenn sie von Menschenhand gesteuert wird. Bisher hat nur das ungarische Labor die Fähigkeit bewiesen, diese Aufgabe völlig autonom auszuführen. “Andere internationale Projekte verwenden komplexere und schwerere aktive Greifmechanismen – wie Spikes, Elektromagnete oder Roboterarme – während unsere Lösung nicht nur technisch einfacher, sondern auch energieeffizienter ist”, sagt Dr. Roland Tóth, Forscher am SCL. “Dadurch können kleinere, billigere Drohnen komplexe Aufgaben übernehmen, und ein Haken kann relativ einfach an fast jedem Paket angebracht werden.”

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Obwohl wir uns Lieferdrohnen oft in städtischen Umgebungen vorstellen, werden die ersten wirklich funktionierenden Systeme nicht auf den Straßen der Städte zu sehen sein. Der Grund dafür ist einfach: Ländliche, dünn besiedelte Gebiete oder geschlossene Räume wie Lagerhäuser sind viel berechenbarer.

Einige Länder haben bereits erste Dienste eingerichtet, bei denen Drohnen Medikamente, Lebensmittel oder kleine Pakete ausliefern. Diese arbeiten jedoch unter stabilen Wetterbedingungen, zwischen niedrigen Gebäuden und bei geringem Luftverkehr – Umgebungen, die keine hohe Präzision oder schnelle Manöver erfordern.

Im Gegensatz dazu ist die Art der Steuerung, die es einer Drohne ermöglicht, autonom und sicher ein Paket zwischen fahrenden Fahrzeugen auszuliefern, noch nicht Teil der täglichen Realität. Die zentimetergenaue Echtzeit-Bewegungssteuerung, die für solche Aufgaben benötigt wird, ist genau der Punkt, an dem die Arbeit der HUN-REN SZTAKI-Forscher weltweit bahnbrechend ist.

Diese Entwicklungen lassen sich am besten in Industrie- oder Logistikanlagen testen: In solchen geschlossenen Räumen gibt es keine zufälligen Bewegungen, Vögel oder Fußgänger, und Wind oder Nebel stören den Flug nicht. Diese Bedingungen bieten die ideale Umgebung für die Weiterentwicklung des autonomen Präzisionsflugs, in der Drohnen ihre Zuverlässigkeit unter realen Herausforderungen unter Beweis stellen können – allerdings in einem kontrollierten Umfeld.

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