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Drohnen können nach einem Erdbeben oder während eines Brandes eine grosse Hilfe sein: Die fliegenden Roboter suchen nach eingeschlossenen Personen und zeigen den Rettungsteams den Weg. Dabei müssten sie nicht selten durch einen Riss in der Wand, ein halb offenes Fenster oder ein Gitter ins Innere eines Gebäudes fliegen – was aufgrund der Grösse der Drohnen oft nicht möglich ist.
Forschende der Robotics and Perception Group an der Universität Zürich und des Laboratory of Intelligent Systems an der EPFL – beide sind Teil des vom Schweizerischen Nationalfonds finanzierten Nationalen Forschungsschwerpunkts (NFS) Robotik – haben nun eine neue faltbare Drohne entwickelt. Inspiriert von Vögeln, die bei Platzknappheit ihre Flügel in der Luft falten, klappt sich auch die Drohne zusammen, um Ritzen oder kleinere Löcher in der Wand besser zu passieren. Während des Weiterflugs vergrössert sie sich dann wieder und transportiert sogar Gegenstände.
«Unsere Lösung ist mechanisch gesehen recht einfach. Aber dank der integrierten Wahrnehmungs- und Kontrollsysteme ist unsere Drohne sehr vielseitig und autonom», erklärt Davide Falanga, UZH-Forscher und Erstautor der dazu veröffentlichten Studie. So kann diese Drohne im Vergleich zu anderen auf engstem Raum manövrieren und jederzeit einen stabilen Flug garantieren.
Die beiden Teams aus Zürich und Lausanne entwarfen zusammen den Quadrokopter mit vier unabhängig drehbaren Propellern. Diese sind auf mobilen Armen montiert, die sich dank Servomotoren um den Hauptrahmen schwenken lassen. Das Steuerungssystem reguliert in Echtzeit jede neue Position der Arme und passt je nach Schwerpunkt die Propellergeschwindigkeit an.
«Die Drohne nimmt verschiedene Konfigurationen an, je nachdem was im Feld benötigt wird», erklärt Stefano Mintchev, Co-Autor und Forscher an der EPFL. Die Standardkonfiguration ist X-förmig: Die vier Arme sind ausgestreckt und die Propeller haben einen möglichst grossen Abstand voneinander. In einem engen Durchgang wechselt die Drohne in eine H-Form und richtet alle Arme entlang einer Achse aus, oder sie nimmt eine O-Form ein, wobei alle Arme möglichst nah am Körper positioniert werden. In der T-Form kann die Drohne mit einer am Rahmen montierten Onboard-Kamera Objekte heranzoomen, die es zu inspizieren gilt.
Die Forschenden wollen die Struktur der Drohne so weiterentwickeln, dass sie sich in alle drei Dimensionen zusammenfalten kann. Verbesserte Algorithmen sollen sie in Zukunft vollständig autonom machen. Ziel ist es, dass die Drohne in einem Katastrophenszenario selber nach vermissten Personen suchen und den besten Weg für die Bergung aufzeigen kann. «Wir wollen der Drohne Anweisungen geben wie z.B. ‘das Gebäude betreten, jeden Raum inspizieren und zurückzukommen’ und sie soll sie eigenständig ausführen», sagt Falanga.
Davide Falanga, Kevin Kleber, Stefano Mintchev, Dario Floreano, Davide Scaramuzza. The Foldable Drone: A Morphing Quadrotor that can Squeeze and Fly. IEEE Robotics and Automation Letter, 10 December 2018. DOI: 10.1109/LRA.2018.2885575
Paper preprint (free of charge): http://rpg.ifi.uzh.ch/docs/RAL18_Falanga.pdf
