Autonom agierende Drohnen als Helfer bei der Vermissten-Rettung


Drohnen sind kleine, wendige und besonders vielfältige Fluggeräte, die in nahezu allen Bereichen eingesetzt werden können. Neben der militärischen oder kommerziellen Nutzung sorgen sie bei Hobby-Piloten für enormen Flugspaß und faszinierende Luftaufnahmen. Nun arbeiten Forscher der Forscher der Universität Zürich, der Universität der italienischen Schweiz sowie der Fachhochschule Südschweiz daran, Drohnen auch für die Suche und Rettung vermisster Personen in Wäldern und Berggebieten einsetzbar zu machen.

Drohnen suchen selbständig auf Waldwegen nach Vermissten. (Bild: UZH; USI; SUPSI)

Drohnen suchen selbständig auf Waldwegen nach Vermissten. (Bild: UZH; USI; SUPSI)

Der Bedarf dafür ist groß, denn allein in der Schweiz gehen jährlich über 1.000 Notrufe von Wanderern ein, die sich verletzt haben oder vom Weg abgekommen sind. In solchen Fällen können die kleinen Drohnen, oftmals Quadrocopter, die Rettungskräfte optimal unterstützen und eine schnelle Rettung ermöglichen. Schließlich ist ihr Einsatz kostengünstiger als der beispielsweise von Hubschraubern, sodass sie in größerer Zahl mit einer recht geringen Reaktionszeit eingesetzt werden können.

Die größte Herausforderung stellt hierbei das autonome Fliegen in anspruchsvollen Umgebungen dar. Deshalb meiden die heutzutage schon kommerziell genutzten, autonom fliegenden Drohnen meist komplexe Umgebungen und fliegen in großer Höhe mit weniger Hindernissen im Umfeld. In komplexen Umgebungen, wie zum Beispiel einem dichten Wald, ist das autonome Fliegen bisher nicht möglich. „In solchen Umgebungen kann jeder noch so kleine Fehler einen Absturz zur Folge haben. Roboter brauchen darum ein leistungsfähiges Gehirn, um die komplexe Welt, die sie umgibt, zu verstehen“, sagt Prof. Davide Scaramuzza von der Universität Zürich.

Drohnen suchen selbständig auf Waldwegen nach Vermissten. (Bild: UZH; USI; SUPSI)

Drohnen suchen selbständig auf Waldwegen nach Vermissten. (Bild: UZH; USI; SUPSI)

Aus diesem Grund hat das Forscherteam eine neue Software entwickelt, mit deren Hilfe genau diese Herausforderung gelöst und die Rettung von Vermissten in Waldgebieten ermöglicht werden soll. Dafür nimmt die Drohne ihre Umgebung mit Hilfe von zwei kleinen Kameras auf, die denen in Smartphones ähneln. Anstelle von komplizierten und teuren Sensoren macht ihre Drohne von künstlicher Intelligenz Gebrauch, um vom Menschen gemachte Wege in den Kamerabildern zu erkennen. Einmal erkannt, folgt die Drohne gesteuert durch die Software der entsprechenden Richtung und dringt tiefer in den Wald vor. Laut Dr. Alessandro Giusti vom Dalle Molle Institute for Artificial Intelligence eine extrem schwierige Aufgabe, da sogar manchmal Menschen scheitern, den Pfad auf den gewonnenen Bildern zu finden.

Treffsicher wird die Technologie erst dank einem lernfähigen Netzwerk, einem sogenannten Deep Neural Network (DNN) oder auf Deutsch einem tiefen neuronalen Netzwerk. Es ermöglicht mit seinen Algorithmen das Lernen aus Erfahrung – ähnlich dem des menschlichen Gehirns. So schafft es der Algorithmus nach einer Vielzahl an Übungsbeispielen auch komplexe Aufgaben zu lösen.

Die neu entwickelte Software basiert auf einem lernfähigen Netzwerk. (Bild: UZH; USI; SUPSI)

Die neu entwickelte Software basiert auf einem lernfähigen Netzwerk. (Bild: UZH; USI; SUPSI)

Um diese Übungsbeispiele zu generieren, wanderte das Team ausgestattet mit Helmkameras durch die Schweizer Alpen und zeichnete dabei mehr als 20.000 Bilder von verschiedenen Wanderwegen auf. Dieser Aufwand hat sich letztendlich gelohnt, denn bei einem Test des neuralen Netzwerks auf einem unbekannten Pfad wurde in 85% aller Fälle die korrekte Richtung des Weges erkannt. Zum Vergleich: Menschen lagen bei der identischen Fragestellung in 82 Prozent aller Fälle richtig.

Diese Entwicklung ist einer von vielen notwendigen Schritten in eine Zukunft, in der ein Schwarm kleiner, wendiger Drohnen völlig autonom durch komplexe Umgebungen fliegt und vermisste Personen eigenständig aufspürt, betonen die Forscher. „Viele technische Herausforderungen müssen noch bewältigt werden, bis die anspruchsvollsten Anwendungen Realität werden. Aber kleine fliegende Roboter sind unglaublich vielseitig und die Forschung auf diesem Gebiet schreitet rasant voran. Eines Tages werden Roboter mit menschlichen Rettungskräften zusammenarbeiten, um unser Leben sicherer zu machen“, berichtet Prof. Luca Maria Gambardella, Direktor des Dalle Molle Institute for Artificial Intelligence. Nachdem die Drohnen nun Waldwegen folgen können, wird der nächste Schritt sein, Menschen zu erkennen.

 

Quelle und weiterführende Informationen: Universität ZürichDalle Molle Institute for Artificial Intelligence

Literatur: Alessandro Giusti, Jérôme Guzzi, Dan C. Ciresan, Fang-Lin He, Juan P. Rodríguez, Flavio Fontana, Matthias Faessler, Christian Forster, Jürgen Schmidhuber, Gianni Di Caro, Davide Scaramuzza, and Luca M. Gambardella. A Machine Learning Approach to Visual Perception of Forest Trails for Mobile Robots. IEEE Robotics and Automation Letters. February 9, 2015. Doi: 10.1109/LRA.2015.2509024

autonom fliegende Drohnen

autonom fliegende Drohnen
8.6

Realisierbarkeit

9/10

    Marktchance

    9/10

      Nützlichkeit

      10/10

        Spaßfaktor

        8/10

          Will ich haben

          8/10

            Pro

              Kontra


                Christian Bosse

                Immer auf der Suche nach Innovationen, Trends und neuartigen Ideen - egal ob auf Crowdfunding-Plattformen oder in Forschung und Wissenschaft - die das Potenzial aufweisen, die Zukunft schon jetzt zur Realität werden zu lassen. Als wissenschaftlicher Mitarbeiter in Forschungs- und Beratungsprojekten rund um die Themen Innovation und Zukunftsforschung immer auf dem aktuellen Stand der Methoden, Konzepte und Instrumente. Durch eine ausgeprägte Affinität für Technik auch Lead-User und Antenne für neue Technologien.

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