Flugroboter zur Erkundung von Gebäuden von Ulmer Studiendekan mitentwickelt

Pakete zustellen, Bauwerke überwachen, digitales Kartenmaterial erstellen und aus der Luft fotografieren – für kleine, autonom agierende Fluggeräte,  sogenannte Multicopter, haben sich in den letzten Jahren immer neue  Anwendungsgebiete eröffnet. Ein noch wenig erschlossenes Anwendungsfeld  hingegen ist die Nutzung solcher Fluggeräte zur eigenständigen Erkundung von Innenräumen, zum Beispiel zur Suche von Menschen in Gebäuden nach Erdbeben  oder zur Lageerfassung nach einem Reaktorunfall. Prof. Dr. Frank Steiper, Studiendekan der Fakultät Informatik an der Hochschule Ulm hat diese Forschungslücke erkannt und ein kamerabasiertes Indoor- Navigationssystem für autonome Kleinstfluggeräte erstellt. Bereits im  Wintersemester 2013/14 untersuchte er hierzu im Rahmen eines Forschungssemesters an der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) in München die algorithmischen Fragestellungen und entwickelte die ersten Lösungsansätze und  Softwarekomponenten. Im darauffolgenden Sommersemester begann er schließlich mit dem Bau eines Multicopters. Aktuell beschäftigt er sich mit der Optimierung und  Weiterentwicklung der Softwarekomponenten. Zweck eines Indoor-Navigationssystems ist es, einen kollisionsfreien Pfad zu einem vorgegebenen Ziel zu bestimmen, dem das Fluggerät ohne externe Unterstützung folgen kann. „Ohne eine 3D-Karte der zu untersuchenden Innenräume ist es  allerdings nicht möglich, diesen Pfad festzulegen“, beschreibt Professor Steiper die  Problemstellung seines Forschungsprojektes. Das Fluggerät müsse deshalb  gleichzeitig die Kartenerstellung und die Bestimmung der eigenen Position in dieser  Karte selbst vornehmen. Dazu wird eine sogenannte SLAM (Simultaneous  Localization  and Mapping)-Komponente benötigt. Da bei der Indoor-Navigation nicht auf GPS-Informationen zurückgegriffen werden kann, nutzte Frank Steiper in seinem Projekt RGB-D Kameras, welche neben Farb-  auch Distanzinformationen liefern. Aus den von diesen Kameras bereitgestellten 3D-Tiefenbildern werden wiedererkennbare, dominante Flächen extrahiert, die es ermöglichen, die Position des Fluggeräts zu jedem Zeitpunkt festzulegen. Die aufgenommenen 3D-Einzelbilder lassen sich danach zu einem konsistenten, räumlichen 3D-Gesamtmodell des Gebäudes kombinieren.   Bislang wurden die von Frank Steiper entwickelten Komponenten im Rahmen von  Tests innerhalb der Hochschule genutzt. Jetzt soll damit begonnnen werden,  Industriepartner für die Umsetzung von konkreten Anwendungen zu gewinnen. Bis die Multicopter tatsächlich in der Praxis für Indoor-Anwendungen eingesetzt  werden können, ist laut Professor Steiper allerdings noch einiges an Forschungsarbeit zu leisten. Erste kommerzielle Produkte werde es voraussichtlich schon in den nächsten ein bis zwei Jahren  geben, allerdings werde es sich dabei  mehr oder weniger um ferngesteuerte Fluggeräte handeln. Kommerzielle  Anwendungen mit weitgehend autonom agierenden Fluggeräten, die komplexere Aufgaben selbstständig ausführen können, kann er sich erst in frühestens fünf Jahren vorstellen. Dabei spiele die Frage der Sicherheit eine entscheidende Rolle, da zum Beispiel der Einsatz solcher Fluggeräte  in Produktionshallen während der Arbeitszeit ein Risiko für Menschen darstellen kann. „Verfahren zur  Kollisionsvermeidung in dynamischen Umgebungen sind Gegenstand der aktuellen Forschung. Ebenso m&a mp;a mp;u uml;ssen die Navigations- und Planungssysteme sehr robust gegen Ausfälle von Sensoren und sich dynamisch verändernden Umgebungen sein“,  so Professor Steiper.