Wie so oft, lässt sich der Mensch bei der Entwicklung von Technologien durch die Natur inspirieren. Ein biologisch inspirierter Bewegungssensor, der Insektenaugen nachahmt und ähnelt, könnte in Zukunft Drohnen-Crashs vermeiden und als Anti-Kollisionssystem fungieren.
Das größte Problem bei der Entwicklung von Drohnen ist nach wie vor ein Anti-Kollisionssystem, mit dem Drohnen-Crashs vermieden werden könnten. Einige Hersteller von zivilen und kommerziell genutzten Drohnen setzen bereits auf Infrarotsensoren oder sensible Kamera-Technik, um andere Drohnen oder diverse Fremdobjekte zu erkennen. Doch derartige Systeme befinden sich noch in der Entwicklung und funktionieren meist nicht so, wie sie eigentlich sollten. Ein Anti-Kollisionssystem muss nicht nur besonders klein und praktisch sein, sondern auch Daten besonders schnell verarbeiten und vermitteln können. Außerdem sind die Sichtfelder von kostengünstigen Kameras zumeist zu klein und eingeschränkt, um Fremdobjekte im dreidimensionalen Raum rechtzeitig erkennen zu können. So ist die Entwicklung eines Anti-Kollisionssystems immer noch mit einigen Hürden verbunden und eine technische Herausforderung, die es in den kommenden Jahren zu lösen gilt.
Anti-Kollisionssystem für Drohnen
Nun arbeiten Forscher an einem Anti-Kollisionssystem für Drohnen, das Anleihen aus der Natur erhalten und deshalb zuverlässiger denn je arbeiten soll. Die Kameras sind nicht weniger als künstliche Augen, die etwa dem Verarbeitungssystem von Fliegen und Insekten entsprechen. Die als Seiten-, Facetten- oder Komplex-Augen bezeichneten Sehinstrumente kommen nicht nur bei Fliegen, sondern auch bei allerlei anderen Gliederfüßern vor. So verfügen beispielsweise Libellen ebenfalls über ein Facettenauge, das sich allerdings aus mehreren zehntausend Einzelaugen (so genannte Ommatidien) zusammensetzt.
Signale schneller verarbeiten mit künstlichen Insektenaugen
In der Natur gilt, dass schneller fliegende Insekten mehr starre Einzelaugen haben, als kleinere. Zwar ist die räumliche Auflösung von Facetten-Augen durch die Anzahl der Bildpunkte begrenzt (das Insekt sieht mit jedem Einzelauge einen Bildpunkt und setzt ein Umgebungsbild aus all diesen Bildpunkten zusammen), doch die zeitliche Auflösung ist dem eines menschlichen Linsenauges weitaus überlegen. Während das menschliche Auge etwa 60 bis 65 Bilder pro Sekunde aufnehmen kann, sind es bei fliegenden Insekten mehr als 300 Bilder pro Sekunde. Facetten-Augen zeichnen sich dadurch aus, dass sie dank Datenreduktion das Signal schneller und dadurch auch effektiver verarbeiten sowie auswerten können.
Breiteres Sichtfeld und nahezu unendliche Schärfentiefe
Gegenüber handelsüblichen Kameras und dem menschlichen Auge könnten künstliche Facetten-Augen nicht nur Daten schneller verarbeiten, sondern auch für ein breiteres Sichtfeld und eine nahezu unendliche Schärfentiefe sorgen. Insekten können durch eine niedrige räumliche Auflösung zwar schlecht sehen, aber deutlich empfindlicher auf Veränderungen in der Umwelt (etwa Licht) oder Bewegungen reagieren. Sollten biologisch oder künstlich hergestellte Facetten-Augen für kommerzielle Zwecke produziert werden, könnten sie in Drohnen und Multikoptern zum Einsatz kommen und einem Anti-Kolissionssystem durchaus hilfreich zur Seite stehen.
Laboratory of Intelligent Systems entwickelt neuen Sensor
Ein Forschungsteam rund um Dario Floreano, dem Direktor für das Labor intelligenter Systeme (EPFL) an der ETH Zürich (Swiss Federal Institute of Technology, Eidgenössische Technische Hochschule Zürich), hat einen neuen Sensor entwickelt, der nur zwei Milligramm wiegt und etwa zwei Kubik-Millimeter Raum einnimmt. Der Sensor kann Bewegungen in einem schlecht beleuchteten Raum bis hin zu hellem Sonnenlicht im Freien dreimal schneller wahrnehmen als fliegende Insekten. Das künstliche Auge besteht im Wesentlichen aus drei Photodetektoren, die in einem dreieckigen Muster angeordnet sind. Diese künstlichen Lichtsensoren können Licht unter Benutzung des photoelektrischen Effekts in ein elektrisches Signal umwandeln. Der Sensor ist währenddessen in der Lage, durch Kombination von Photodetektoren sowohl Geschwindigkeit als auch Richtung von Bewegungen im Sichtfeld zu erfassen und zu verarbeiten.
Hochsensible Sensoren in Drohnen und Multikoptern
Derartige Sensor-Systeme arbeiten ähnlich wie ein Insektenauge, denn im Vordergrund steht nicht die Qualität des Bildes (Pixeldichte), sondern die Reaktion auf Veränderungen durch Licht und Lichtreflexionen. Algorithmen zum Verarbeiten derart vieler Signale gibt es bereits, so dass ein dem Insektenauge nachempfundener Sensor künftig in Drohnen eingebaut werden könnte. Die Entwickler stehen damit vor der Aufgabe, aus derlei Daten die Entfernung zu Objekten zu berechnen und ein Drohnen-System bei einer potenziellen Kollision rechtzeitig ausweichen zu lassen. Werden viele dieser Sensoren verbaut und miteinander verknüpft, gleichen sie einem künstlich nachempfundenen Insektenauge und könnten in ihrer Anwendung nicht nur Kollisionen vermeiden, sondern unbemannte Flugobjekte auch völlig selbstständig steuern.
Source:
von
Kommentare
