Wie Drohnen an der Universit?t Augsburg das Schw?rmen lernen
?

Zun?chst erscheint eine schwarze Bildfl?che mit vielen bunten Punkten auf dem Monitor von Dr. Oliver Kosak, Experte für Selbstorganisierende Systeme am ISSE und Themenkoordinator im KI-Produktionsnetzwerk. Als er die Simulation startet, fangen die Punkte an herumzuschwirren. Was zun?chst chaotisch aussieht, ordnet sich schnell. Die Punkte jeder Farbe sortieren sich um ein Zentrum, so dass sie die Olympischen Ringe darstellen. Was in der Simulation sichtbar wird, ist bei den Olympischen Spielen 2021 in Tokyo schon in die Realit?t umgesetzt worden. Dort haben Drohnen die Ringe in den Nachthimmel gemalt. ?Bei dieser und anderen Lightshows kann man sehen, was da für ein riesiger Planungsaufwand dahintersteckt und wie viel Arbeit notwendig ist, um im Vorfeld alle Flugpl?ne für jede einzelne Drohne zu entwerfen“, erkl?rt Kosak.

Verhaltensregeln für Drohnenschw?rme

Um den Planungsaufwand bei solchen Vorhaben in Zukunft gering zu halten, forscht der Lehrstuhl für Softwaretechnik in einem von der DFG gef?rderten Projekt an selbstorganisierenden Systemen. ?Der Paradigmenwechsel ist hier, dass die Drohnen nicht mehr einzeln gesteuert werden müssen, sondern untereinander kommunizieren, um ihr Ziel zu erreichen, ohne dass Impulse von au?en notwendig sind“, erl?utert Reif. Als Vorlage einer solchen Organisation dienen Tierschw?rme in der Natur, deren Verhaltensweisen bereits seit l?ngerer Zeit von Forschenden der Biologie untersucht werden. Die Erkenntnisse aus dieser Forschung geben Impulse für das Verst?ndnis von Prozessen in der Physik und der Systemdynamik, k?nnen aber auch in der Informatik genutzt werden.
So konnte das Augsburger Forschungsteam Regeln für die Simulation von Drohnenschw?rmen übernehmen. ?Die Individuen wollen immer im Schwarm bleiben, dazu orientieren sie sich an ihren Nachbarn versuchen ?hnlich wie diese zu fliegen, die gleiche Geschwindigkeit zu haben, aber auch nicht zu kollidieren“, erl?utert Reif.

Von Simulation zur Realit?t

Einzelne Drohnen kommen schon seit l?ngerem im Alltag zum Einsatz. Sie liefern Pakete aus oder inspizieren Industrieanlagen wie Windr?der und Solarparks. Abgesehen von Lightshows sind Drohnenschw?rme am Himmel aber bislang noch nicht zu sehen. ?Das liegt vor allem daran, dass für die Steuerungsmechanismen noch Forschung notwendig ist“, so Kosak.
Gemeinsam mit Dr. Constantin Wanninger, Abteilungsleiter Flugrobotik am ISSE, wird der praktische Teil der Drohnenforschung unter anderem in einer Flugarena umgesetzt. Hierbei werden die in Simulationen erprobten Techniken dann auf echte Drohnen übertragen. ?Mit viel Arbeit und einigen Anpassungen sieht man, dass das eben auch bei echten Systemen funktionieren kann, wenn auch noch nicht so reibungslos wie in der Simulation“, so Kosak.
Erste Feldversuche gab es auch schon. Bei diesen haben die Drohnen im Schwarm ein Glasfaserkabel zur Temperaturmessung mehrere Meter über dem Boden gehalten. ?So bekommt man ein sehr gro?fl?chiges, mobiles und in der H?he anwendbares Messinstrument.“

Drohnenschw?rme nach Katastrophenf?llen

Eine weitere Anwendung an der geforscht wird, besch?ftigt sich mit dem Einsatz von Drohnenschw?rmen in Katastrophenf?llen. So k?nnten diese beispielsweise nach Chemieunf?llen schnell und genau bestimmen, in welche Richtung giftige D?mpfe ziehen. Die n?chsten station?ren Wetterstationen, welche die genaue Windrichtung bestimmen k?nnten, sind oft mehrere Kilometer vom Unfallort entfernt, so dass die konkreten Auswirkungen des Wetters auf die Verbreitung von D?mpfen nicht bekannt sind. Laut Kosak k?nnten Drohnenschw?rme hier eingesetzt werden, um als Gruppe Entscheidungen zu treffen und so zum Beispiel die Position der h?chsten Konzentration des Gases zu identifizieren und anschlie?end herauszufinden, ob es in Ausbreitungsrichtung für die Bev?lkerung kritisch werden k?nnte.

?