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Student der TU Delft für Forschung zu gasdetektierenden Minidrohnen ausgezeichnet - mit einer Crazyflie Drohne

Student der TU Delft für Forschung zu gasdetektierenden Minidrohnen ausgezeichnet - mit einer Crazyflie Drohne

"Quelle: dronewatch.nl"

Eine Abschlussstudie über Indoor-Fliegende Minidrohnen, die zusammenarbeiten, um ein Gasleck zu erkennen, hat dem ehemaligen TU Delft-Studenten Bart Duisterhof die ehrenvolle Erwähnung als bester Absolvent der Fakultät für Luft- und Raumfahrttechnik eingebracht. Er entwickelte eine Lösung, bei der die Drohnen unabhängig voneinander einen Raum erkunden. Sobald eine der Drohnen Gas entdeckt, kommen die anderen Drohnen, um das Leck zu finden.

Drohnenschwarm
Um Gaslecks in kleinen, engen Räumen zu finden, die für den Menschen unzugänglich sind, braucht man eigentlich möglichst kleine Drohnen. Normale Drohnen sind für solche Situationen zu groß und man riskiert einen Absturz. Dadurch ist nicht nur die wertvolle Drohne verloren, auch das Gasleck wurde immer noch nicht gefunden.

Dies brachte Bart Duisterhof auf die Idee, einen Schwarm kleiner Drohnen zu entwickeln, die zusammenarbeiten. „Sobald eine der Drohnen Gas entdeckt, kommuniziert sie mit den anderen Drohnen und gemeinsam lokalisieren sie das Leck. So können Sie mit mehreren Drohnen ein Leck schneller erkennen. Ein weiterer Vorteil der Arbeit mit kleinen, billigen Drohnen ist, dass es weniger problematisch ist, wenn eine oder zwei ausfallen oder abstürzen.“

Schnüffelkäfer
Das Problem ist, dass normale Navigationsmethoden bei kleinen Drohnen nicht funktionieren. Normalerweise bestimmen Indoor-Flugdrohnen ihre Position anhand von Kamerabildern oder Daten von Lasersensoren. Das erfordert jedoch leistungsstarke Prozessoren an Bord der Drohne, was das Gewicht erhöht und die Flugzeit verkürzt.

Aus diesem Grund ging der Duisterhof einen anderen Weg. Er beschloss, Inspiration in der Natur zu finden. Bei Insekten, um genau zu sein. „Insekten folgen einer Reihe einfacher Verhaltensregeln, um beispielsweise Kollisionen zu vermeiden. Ein solcher von Insekten inspirierter Algorithmus ist als Bug-Algorithmus bekannt. Daher stammt der Titel meiner Masterarbeit ‚Sniffy Bug‘.“

Denken und Basteln
Bei der Realisierung der Mini-Drohnen wurde viel nachgedacht und gebastelt. So musste Duisterhof beispielsweise eigene Algorithmen erstellen und optimieren. Die Drohnen müssen einen sicheren Abstand zueinander und zu Hindernissen einhalten, gleichzeitig aber auch nah beieinander fliegen können, um gemeinsam ein Gasleck zu finden. Dieser Vorgang wird als Partikelschwarmoptimierung (PSO) bezeichnet.

Auch die Hardware wurde teilweise von Duisterhof selbst entwickelt. Er extrahierte Gassensoren aus Rauchmeldern, lötete sie mit einem Mikroskop auf eine proprietäre Platine und montierte sie auf handelsübliche CrazyFlie-Drohnen. Die endgültigen Sniffy Bug-Drohnen haben einen Durchmesser von 12 cm und wiegen knapp 40 g.

Erfolgreicher Feldtest
Die Idee ist, dass sich die Drohnen zunächst im Weltraum ausbreiten. Sobald eine der Drohnen Gas entdeckt, kommen die anderen Drohnen näher, um gemeinsam weiter zu untersuchen. Bei einem Feldtest konnten die Drohnen tatsächlich ein Gasleck erkennen und zusammenarbeiten. Das war spannend, auch wenn eine Computersimulation bereits gezeigt hatte, dass die Idee funktioniert. Duisterhof: „In der Praxis läuft es immer anders. Zum Beispiel ist die Wirkung des Windes schwer vorherzusagen.“

Für seinen Drohnenschwarm gibt es laut Duisterhof, der jetzt an der Carnegie Mellon University promoviert, viele Anwendungsmöglichkeiten. So könnten die Mini-Drohnen beispielsweise auch in Gewächshäusern zum Einsatz kommen, um Unkraut oder faule Pflanzen aufzuspüren. Potenzial sieht die TU Delft jedenfalls in Schwarmdrohnen: Duisterhofs Masterarbeit brachte ihm kürzlich die ehrenvolle Erwähnung Bester Absolvent der Fakultät für Luft- und Raumfahrttechnik ein.

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