Mikro-Helikopter werden flügge

Weltweit wird geforscht und getüftelt, um Mikro-Helikopter – so genannte Micro Aerial Vehicles (MAV) – laufend weiter zu entwickeln und zu verbessern. Die heutigen Flugroboter sind allerdings noch gross und schwer und, im Einsatz im freien Feld, oft abhängig von GPS oder von einem trainierten Piloten, der den Flugroboter mit einer Fernbedienung steuert. Im Rahmen eines EU-Projekts haben ETH-Ingenieure nun eine neue Art von Flugrobotern entwickelt, die sowohl in Innenräumen wie auch im Freien fliegen können.

Kameras zur Navigation und Kartierung

Die Flugroboter sind mithilfe von Kameras und einem Mini-Computer an Bord in der Lage, ihren Flug zu stabilisieren und sich zu orientieren, ohne für die Navigation auf eine Verbindung zur Bodenstation angewiesen zu sein. Dabei werden die Flugbewegungen des Helikopters in Echtzeit aus den Kamerabildern berechnet und von einer Flugsteuereinheit mit den Sollwerten verglichen und bei Abweichungen korrigiert.

Diese Technologie, entwickelt am Labor für Autonome Systeme der ETH Zürich, hat zwei gewichtige Vorteile gegenüber GPS-basierten Flugrobotern. Zum einen funktionieren sie sowohl im Freien wie auch in geschlossenen Räumen. Zum andern können die Flugroboter auch dann noch navigieren, wenn das GPS z.B. wegen zu dichter Bauweise von Gebäuden seinen Dienst versagt. Die kamera-basierte Technologie erlaubt erst noch eine viel genauere Positionierung der Fluggeräte, als es mit GPS möglich ist, sagt Projektkoordinator Davide Scaramuzza. Je nach Umgebung könne der GPS-Fehler bei 70 m liegen – viel zu ungenau, wenn mehrere Flugroboter nahe aneinander fliegen.

Während eine von insgesamt drei Bord-Kameras der Flugsteuerung dient, werden die zwei andern Kameras der Mikro-Helikopter für die 3-D-Modellierung verwendet. Der Bord-Computer übermittelt die aufgenommenen Bilder über WLAN an einen Computer am Boden, der dann daraus eine 3-D-Karte des überflogenen Geländes erstellt. Einerseits zeigt die 3-D-Karte Hindernisse für die Flugroboter auf, andererseits können damit z.B. bestmögliche Positionen zur lückenlosen Geländeüberwachung berechnet werden. Die Technologie der 3-D-Modellierung stammt vom Institut für Visual Computing der ETH Zürich.

Prädestiniert für den Katastropheneinsatz

Eine Schwachstelle herkömmlicher Bauweisen von Flugrobotern betrifft ihr Gewicht und ihren Energiehunger. Eines der Ziele von „sFly“ war denn auch, effizientere Algorithmen zu entwickeln, die weniger Rechenleistung benötigen, aber auch die Rechenleistung auf flugfähigen Geräten zu erhöhen. In Zusammenarbeit mit der auf Flugroboter spezialisierten Firma Ascending Technologies in München entstand schliesslich ein Prototyp mit sechs Rotoren und einem Gewicht von 1500 Gramm, inklusive 3 Bordkameras und einem Mini-Computer.
Die neuen Mikro-Helikopter haben einen Durchmesser von rund 50 Zentimetern. Sie sind dafür geschaffen, auch in engen oder gar geschlossenen Räumen zu manövrieren und allfällige Hindernisse zu erkennen und zu umfliegen. Anwendungen ergäben sich bei Rettungseinsätzen; wenn es zum Beispiel darum geht, ein Katastrophengebiet zu überfliegen und ein Bilder aus der Luft zu liefern oder auch mögliche Opfer zu orten. «Es handelt sich hier um ein Forschungsprojekt, das vor allem die technischen Möglichkeiten ausloten möchte. Wir stellen uns aber vor, dass die Flugroboter, die im „sFly“-Projekt entwickelt wurden, in einer nicht allzu fernen Zukunft eine wichtige Hilfe sein könnten für Rettungskräfte im Katastropheneinsatz», so Roland Siegwart, Leiter des Labors für Autonome Systeme.

Das europäische Projekt „sFly“ umfasst Partner aus Deutschland, Griechenland, Frankreich und der Schweiz. Neben zwei ETH-Forschungsgruppen ist auch das Centre Suisse d’Electronique et de Microtechnique (CSEM) in Neuenburg beteiligt, siehe auch unter: www.sfly.org.