Training fürs Fluggerät

Den Unterschied zwischen Fußboden und Wäschebehälter kennen Männer nicht. Oder können Sie erklären, wieso Hemden und Handtücher stets verstreut vor Kleiderschrank und Dusche liegen? "Lass doch, ich räum das schon noch weg", ist eines seiner Versprechen, die konsequent nicht eingelöst werden. In bestimmten Situationen ist der Y-Chromosomen-Träger lernresistent.
Ob Thomas Krüger und seine Kollegen vom Institut für Luft- und Raumfahrtsysteme der TU Braunschweig diese triviale häusliche Problematik kennen, wissen wir nicht, geht uns auch nichts an. Allerdings ist das Thema "aus Erfahrung lernen" ein zentrales in ihren Forschungsaktivitäten. Denn die voll autonomen Mikroflugdrohnen, die sie entwickeln, lernen mit Hilfe künstlicher Intelligenz, wie sie fliegen sollen.
Künstliche neuronaler Netze, die Struktur und Informationsarchitektur von Gehirn und Nervensystem abbilden, machen das möglich. "Die Lernfähigkeit neuronaler Netze versetzt unsere Flugdrohnen in die Lage, sich selbständig auf Störungen und Einflüsse der Atmosphäre einzustellen", erläutert Krüger. Erfasst eine Windböe das leichte Fluggerät und bringt es von der Flugbahn ab, erkennt der Bordrechner die Abweichung, entscheidet autonom über das richtige Manöver und lenkt den Flieger auf die korrekte Bahn zurück. In Flugversuchen trainieren die TU-Ingenieure ihren Mikroflugdrohnen das Basiswissen an. Denn: Gezieltes Training eines neuronalen Netzes ist Voraussetzung für den Lernerfolg. Also gut, ich hab`s kapiert, der Mann daheim muss nur richtig trainiert werden: "Schatz, räum deine Wäsche weg, aber dalli!" (gef)

Künstliche Intelligenz in Mikroflugdrohnen

Die Entwicklung voll autonomer Mikroflugzeuge (MAV: Micro Aerial Vehicles) mit kleinstmöglichen Abmessungen ist ein Forschungsschwerpunkt des Instituts für Luft- und Raumfahrtsysteme der Technischen Universität (TU) Braunschweig. Die am Institut entwickelte "Carolo"-Familie umfasst Fluggeräte mit Spannweiten zwischen 50 und 330 Zentimetern. Der Prototyp Carolo P50 war mit 50 Zentimetern Spannweite bei seinem Erstflug 2004 das kleinste Fluggerät seiner Art.
"Die Mikro- und Minifluggeräte können, je nach Nutzlast, für vielfältige Anwendungen eingesetzt werden - und das mit einer Wirtschaftlichkeit, die auf anderem Wege nicht zu erreichen ist", sagt der wissenschaftliche Mitarbeiter Thomas Krüger. Das Institut konzentriere sich auf zivile Einsätze, zum Beispiel im Umwelt- und Katastrophenschutz, in der Forschung und bei der Verkehrsbeobachtung.. "Wir haben mit unseren Flugdrohnen bereits Waldgebiete in Thüringen beobachtet, um den Borkenkäferbefall zu untersuchen, und Vulkanaktivitäten in Ecuador." Mit geeigneten Sensoren ließen sich auch Schadstoff- Emissionen von Industrieanlagen überwachen. Und im Katastrophenschutz könnten anhand von Luftaufnahmen, die Kameras an Bord der Flugdrohnen machen, das Ausmaß von Überschwemmungen ermittelt und Hilfskräfte effizienter koordiniert werden.
Die Mini- und Mikroflugdrohnen fliegen mit Hilfe eines Elektromotors, der die Fluggeräte zuverlässig und leicht in der Handhabung macht. Krüger: "Die Missionsplanung erfolgt am PC per digitaler Landkarte. Mittels mikro-elektromechanischer Sensoren und GPS-Satellitennavigation findet "Carolo" voll autonom seinen Weg entlang der vorgegebenen Wegpunkte. Über eine Funkverbindung steht die Bodenstation im ständigen Kontakt mit dem Flugzeug bzw. dem Bordrechner, der die gesamte Steuerung und Regelung übernimmt." Der Bordrechner ist nicht größer als eine Zigarettenschachtel, wiegt gerade einmal 50 Gramm. Je nach Flugzeug kann "Carolo" zwischen 60 und 90 Minuten im Flugeinsatz sein. Doch damit nicht genug. Krüger und seine Kollegen forschen daran, dass die Mikroflugdrohnen mit Hilfe künstlicher Intelligenz, der Automatisierung intelligenten Verhaltens, aus Erfahrung lernen, wie sie fliegen sollen. Möglich wird dies durch den Einsatz künstlicher neuronaler Netze, die Struktur und Informationsarchitektur des menschlichen Gehirns und Nervensystems abbilden. Eine besondere Eigenschaft neuronale Netze ist, dass sie komplexe Muster lernen können. "Durch diese Lernfähigkeit sind die Flugdrohnen in der Lage, sich auf Störungen und Einflüsse der Atmosphäre einzustellen", erläutert Krüger. Ein Beispiel aus dem Flug-Alltag: Eine Windböe erfasst das kleine, leichte Flugzeug. Es weicht von der Flugbahn ab. Der Bordrechner im Fluggerät erkennt die Abweichung, entscheidet autonom über das richtige Manöver und lenkt es auf die korrekte Flugbahn zurück.
Bis dies gelingt, müssen die Miniflugdrohnen ein spezielles Trainingsprogramm absolvieren. Denn: Gezieltes Training eines neuronalen Netzes ist Voraussetzung für den Lernerfolg bzw. für die richtige Verarbeitung eines Musters. In Flugversuchen trainieren die TU-Ingenieure ihren Mikroflugzeugen das erforderliche Basiswissen an. (gef)