Ohne GPS: MIT-Drohne fliegt durch ein Parkhaus

Forscher vom MIT haben eine Drohne und die nötigen Steueralgorithmen entwickelt, damit die Drohne mit ihren eigene Sensoren und ohne GPS in Innenräumen fliegen kann. Sie haben das System in einem Parkhaus getestet.

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Blick auf die Steuerelektronik: Navigation nur mit Bordsensoren und ohne GPS
Blick auf die Steuerelektronik: Navigation nur mit Bordsensoren und ohne GPS (Bild: Adam Bry/MIT)

Viel Platz hat die Drohne nicht: Die Decke in dem Parkhaus unter einem Institutsgebäude am Massachusetts Institute of Technology (MIT) ist nur einen halben Meter höher als ihre Flügelspannweite. Dennoch saust das unbemannte Fluggerät (Unmanned Aerial Vehicle, UAV) mit 36 Kilometern pro Stunde zwischen den Autos und Säulen hindurch, ohne anzustoßen.

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Das Besondere an dem Test: Die Drohne fliegt ohne GPS oder ein externes System, das ihr die Navigation durch die enge Garage erleichtert. Für den Test im Parkhaus haben die MIT-Forscher der Drohne eine Karte der Umgebung in das Bordsystem geladen. Alles andere macht sie selbstständig.

Kurze, breite Flügel

Die am MIT entwickelte, 2 Kilogramm schwere Drohne hat eine Flügelspannweite von 2 Metern. Ihre Flügel seien kurz und recht breit, erklärt Adam Bry aus dem Entwicklerteam. Das ermögliche es der Drohne, relativ langsam sowie sehr enge Kurven zu fliegen. Sie erzeugten aber genug Auftrieb, um das Gewicht des Fluggerätes und seiner Bordelektronik zu tragen. Die besteht aus einem Laserentfernungsmesser, einer inertialen Messeinheit (Inertial Measurement Unit, IMU) mit Beschleunigungsmesser und Gyroskop sowie einem Computer, der die Daten der Sensoren verarbeitet. Kernstück ist ein Atom-Prozessor von Intel, wie er auch in Netbooks eingesetzt wird.

Mit dem Laser erkennt die Drohne Hindernisse wie Säulen oder Autos. Aus den Daten der IMU errechnet sie die Ausrichtung, Geschwindigkeit und Beschleunigung. Um im bestimmten Moment ihren Zustand zu bestimmten, muss die Drohne 15 Parameter berechnen.

Zwei Algorithmen

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Um das zu schaffen, haben die MIT-Forscher zwei vorhandene Algorithmen zur Berechnung des Zustandes kombiniert: den Particle Filter und den Kalman Filter. Ersterer liefert sehr genaue Ergebnisse, braucht aber Zeit zur Berechnung. Letzterer hingegen ist schneller, liefert aber nur unter bestimmten Bedingungen genaue Ergebnisse. Durch eine Kombination beider Algorithmen haben es die MIT-Forscher geschafft, die Berechnungen so zu optimieren, dass die Drohne sich im Parkhaus zurechtfindet.

Normalerweise werden für Einsätze in schwierigem Terrain Fluggeräte mit Rotor eingesetzt. Diese können in der Luft stehenbleiben, sehr langsam oder seitwärts fliegen. "Der Grund dafür, dass wir uns vom Helikopter dem Fluggerät mit festen Tragflächen zugewandt haben, ist, dass Letzteres komplizierter und interessanter ist", erklärt Nick Roy, Leiter der Robust Robotics Group am MIT. "Der Helikopter muss schwer arbeiten, um sich überhaupt in der Luft zu halten. Wir wollten aber in der Lage sein, längere Distanzen über einen längeren Zeitraum zu fliegen."

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