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Blick durch die Wolken: Augmented Reality ermöglicht Hubschraubereinsätze bei schlechter Sicht

29.06.2016

Nebel, Schneesturm, Windböen – schlechtes Wetter macht die Einsätze von Rettungshubschraubern oft hoch riskant, mitunter sogar unmöglich. Ein neues Helmsichtgerät, das Forscher der Technischen Universität München (TUM) entwickelt haben, kann Piloten künftig helfen, auch bei extrem schlechter Sicht Hindernisse frühzeitig wahrzunehmen: Die dafür nötigen Informationen werden im Bordrechner erstellt und in eine Datenbrille eingespielt. Eine neue Studie beweist, dass diese erweiterte Realität, in Fachjargon Augmented Reality, die Leistung von Piloten steigert.

Dicke Wolken hängen über dem Tegernsee. Die Sichtweite beträgt nur wenige hundert Meter. Normalerweise dürfte ein Hubschrauber bei diesem Wetter nicht starten – die Gefahr, dass der Pilot einen Baukran, eine Stromleitung oder einen Berg zu spät erkennt, wäre zu groß.


Aaron Barth testet das neue Head-Mounted Display während eines Simulator-Flugs.

Urheber Bild / Fotograf: Franz Viertler / TUM

Nutzungsrecht: frei für Berichterstattung über TU München unter Nennung des Copyrights/free use with credit and related coverage

Doch Franz Viertler steigt trotzdem ins Cockpit. Dank seines Head-Mounted Displays, einer am Kopf befestigten Datenbrille, die digitale Zusatzinformationen einblendet, erkennt er auch im dichten Nebel rechtzeitig die Hindernisse und kann sie umfliegen.

Noch ist die neue Technik im Forschungsstadium: Das Alpenvorland ist eine Projektion, Viertler ist nicht Pilot, sondern Mitarbeiter am TUM-Lehrstuhl für Hubschraubertechnologie, und er sitzt auch nicht in einem echten Hubschrauber, sondern in einem Flugsimulator.

Doch das genügt, um die Möglichkeiten der Augmented Reality, der durch digitale Zusatzinformationen erweiterten Realität, zu demonstrieren: Der Rotor brummt, das Cockpit vibriert, Wolken kommen näher und vernebeln die Sicht. Dennoch weiß Viertler genau, wo er sich befindet: Auf dem Display seiner Datenbrille sieht er in grünen Linien die Umrisse von Bergen und Häusern. Dazwischen, rot eingerahmt, Windräder, Baukräne und hohe Gebäude.

Viele Realitäten, ein Ziel: Sicherheit

"Unser Ziel ist es, die Sicherheit für Piloten durch Augmented Reality zu erhöhen", erklärt der Forscher. Zusammen mit seinen Kolleginnen und Kollegen hat er eine Software entwickelt, die Geländeinformationen kombiniert mit Sensormessungen, die während eines Fluges gemacht werden können. Besonders bewährt habe sich hier Light Detection and Ranging, kurz LIDAR, betont Viertler: Die Messgeräte, die an den Kufen des Hubschraubers angebracht werden können, emittieren Strahlung im Mikrometer-Bereich und fangen die von Hindernissen reflektieren Wellen wieder auf.

Alle Daten werden an Bord verarbeitet und direkt in die transparente Datenbrille projiziert. Auf diese Weise sieht der Pilot nicht nur das, was er mit bloßem Auge erkennen kann, sondern auch die digital erzeugten Umrisse von Landschaft und Hindernissen. Zudem lassen sich die Flugdaten wie Geschwindigkeit, Höhe, Lage und Kurs einblenden. Ein Head-Tracking System sorgt außerdem dafür, dass sich die Projektionen an die jeweilige Blickrichtung des Piloten anpassen – abhängig davon, ob er nach vorne, nach unten oder seitlich aus dem Cockpit blickt.

Informationen, richtig dosiert

Sind all diese Informationen für den Piloten tatsächlich hilfreich? Um diese Frage zu beantworten, haben die TUM-Forscher eine Studie mit 16 professionellen Hubschrauberpiloten durchgeführt. Diese durften das neue Head-Mounted Display während verschiedener Simulator-Flüge testen. Die Ingenieure zeichneten auf, wie die Probanden flogen und befragten diese anschließend nach Stresssymptomen.

Die Ergebnisse präsentierte Viertler unlängst den Mitgliedern der American Helicopter Society in West Palm Beach, Florida: Bei Sichtweiten von unter 800 Metern profitierten die Piloten messbar von eingeblendeten Gelände- und Flugdaten. Sie flogen nicht nur schneller und sicherer als ohne Helmsichtgerät, sondern empfanden die Einsätze auch geistig und körperlich weniger anstrengend. Besonders deutlich kamen die Vorteile des Systems bei extrem schlechter Sicht von nur 100 bis 400 Metern zum Tragen.

Technik gegen Whiteout

"Die neue Technik kann das Risiko bei Hubschraubereinsätzen verringern", davon ist Viertler überzeugt. "Das Hauptproblem ist schlechte Sicht durch Wolken oder Schnee beziehungsweise Staub, der bei Start und Landung aufgewirbelt wird. Gegen diesen Whiteout beziehungsweise Brownout kann Augmented Reality helfen."

Bis die Piloten in der täglichen Praxis davon profitieren, wird allerdings noch einige Zeit vergehen: Die Erfassung, Auswertung und Projektion der Daten muss jetzt erst einmal in Forschungshubschraubern erprobt werden. "Das können wir mit unserem Simulator nicht leisten", erläutert Viertler. Man sei hier auf die Unterstützung der Industrie angewiesen. Diese habe aber bereits großes Interesse signalisiert.

Bilder zum Download: https://mediatum.ub.tum.de/?id=1311594#1311594

Kontakt:
Franz Viertler
Technische Universität München
Tel.: +49-(0)89-289-16362
E-Mai: viertler@tum.de

Die Technische Universität München (TUM) ist mit mehr als 500 Professorinnen und Professoren, rund 10.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern und 39.000 Studierenden eine der forschungsstärksten Technischen Universitäten Europas. Ihre Schwerpunkte sind die Ingenieurwissenschaften, Naturwissenschaften, Lebenswissenschaften und Medizin, ergänzt um Wirtschafts- und Bildungswissenschaften. Die TUM handelt als unternehmerische Universität, die Talente fördert und Mehrwert für die Gesellschaft schafft. Dabei profitiert sie von starken Partnern in Wissenschaft und Wirtschaft. Weltweit ist sie mit einem Campus in Singapur sowie Verbindungsbüros in Brüssel, Kairo, Mumbai, Peking, San Francisco und São Paulo vertreten. An der TUM haben Nobelpreisträger und Erfinder wie Rudolf Diesel, Carl von Linde und Rudolf Mößbauer geforscht. 2006 und 2012 wurde sie als Exzellenzuniversität ausgezeichnet. In internationalen Rankings gehört sie regelmäßig zu den besten Universitäten Deutschlands. www.tum.de

Dr. Ulrich Marsch | Technische Universität München

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