GEISTESBLITZ
Punktgenaue Landung für autonome Drohnen
Kleine autonome Drohnen schwirren über die Felder. Sie sammeln Daten über das Pflanzenwachstum, ihren Nährstoff- und Wasserhaushalt. Hat eine Drohne ein Segment mit den Multispektralkameras an Bord aufgenommen, kehrt sie zurück zur Basisstation, um den Akku neu zu laden. Ist das erledigt, geht es auf zum nächsten Ackerabschnitt. Die auf diese Art gesammelten Daten helfen dem Landwirt, Düngemittel, Bewässerung und Erntezeitpunkt zu optimieren.
Dieses Zukunftsszenario aus dem „Smart Farming“, der digitalisierten Landwirtschaft, könnte bald zur alltäglichen Praxis auf großen Anbauflächen werden. Einer der Forscher, die daran arbeiten, den Drohnen die autonome Fähigkeiten dafür zu verleihen, ist Christian Brommer. Der 1989 geborene, in Werne nahe Dortmund aufgewachsene Elektrotechniker absolviert seit 2018 sein PhD-Studium am Institute of Smart Systems Technologies der Universität Klagenfurt.
Die Systeme an Bord der Drohne sollen günstig sein und wenig Gewicht mitbringen. Große Akkus, starke Prozessoren oder die ausgeklügelte Sensorik eines autonomen Fahrzeugs haben hier kaum Platz. „Die Rechenleistung, die wir insgesamt zur Verfügung haben, entspricht etwa der eines Smartphones“, sagt Brommer. „Die vorhandenen Ressourcen müssen unter den für die Autonomie notwendigen Systemen wie Navigation, Positionsbestimmung und Bilderkennung gut aufgeteilt werden.“
Das systematische Überfliegen der Felder ist mithilfe günstiger Satellitennavigationschips, die die Drohne auf mehrere Meter genau verorten können, zu bewältigen. Doch um sie verlässlich und kontrolliert auf der nicht einmal metergroßen Landeplattform aufsetzen zu lassen, reicht das nicht aus. Neben einem 3DKompass und einem Luftdrucksensor, der bei der Höheneinschätzung hilft, kommt hier zur Orientierung eine einfache Schwarz-Weiß-Kamera zum Einsatz. Die Auswertung der Bilder erfolgt allerdings nicht mit aufwendigen Machine-Learning-Algorithmen.
Brommer und Kollegen behelfen sich mit einem Trick: „Wir versehen die Landeplattform mit einer Art QR-Code, einem Label mit geometrischen Mustern verschiedener Größe. Aus der Ausdehnung und Neigung, die diese Muster auf den Aufnahmen zeigen, kann die Position der Drohne in Relation zur Landeplattform einfacher errechnet werden. Auf diese Art wissen wir genau, wo wir landen müssen.“
Bevor Brommer nach Klagenfurt kam, war er dreieinhalb Jahre am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der Nasa am California Institute of Technology in Pasadena, wo auch dieses Drohnenprojekt seinen Ausgang nahm. Der an der FH Dortmund ausgebildete Elektrotechniker lernte dort Stephan Weiss, den nunmehrigen Leiter der Control of Networked Systems Group der Universität Klagenfurt, kennen, dem er hierher folgte. Wie kommt man mit dem „Culture Clash“, den der Sprung vom Großraum Los Angeles an den Wörthersee bedeutet, zurande? „Hier geht es schon viel entspannter zu“, sagt Brommer. Solange er da ist, genieße er die sportlichen Möglichkeiten der österreichischen Berge. Nach abgeschlossenem Studium soll es aber wieder zurück nach L.A. gehen. (pum)