Praxisbeispiel: Innovation Innovative Drohnenschwärme – Von der Natur inspiriert bis zur Notfallanwendung

Uni Augsburg

Die faszinierende Welt der Tiere hat schon oft als Inspirationsquelle für technische Neuerungen gedient. Besonders das beeindruckende Verhalten von Vogel-, Fisch- und Insektenschwärmen hat Forscher aufhorchen lassen. Trotz des zunehmenden Verständnisses der Prinzipien des natürlichen Schwarmverhaltens durch langjährige Forschung sind die Anwendungsmöglichkeiten in technischen Systemen noch weitgehend unentdeckt. An der Universität Augsburg erforscht Prof. Dr. Wolfgang Reif mit seinem Team am Institut für Software & Systems Engineering (ISSE), wie das Schwarmverhalten von fliegenden Drohnen genutzt werden kann.

Ein eindrucksvolles Experiment auf dem Monitor von Dr. Oliver Kosak, einem Fachexperten für Selbstorganisierende Systeme, zeigt sich als eine Fläche aus farbigen Punkten. Diese Punkte beginnen sich zu bewegen und formen anfängliches Chaos in beeindruckende Muster. Die Flugformationen der Punkte spiegeln die Olympischen Ringe wider und erinnern an die Drohnenshow bei den Olympischen Spielen 2021 in Tokio. Diese visuelle Darbietung verdeutlicht den hohen Aufwand, der in die Planung und Koordination solcher Flugshows fließt.

Die faszinierende Welt der Tiere hat schon oft als Inspirationsquelle für technische Neuerungen gedient. Besonders das beeindruckende Verhalten von Vogel-, Fisch- und Insektenschwärmen hat Forscher aufhorchen lassen. Trotz des zunehmenden Verständnisses der Prinzipien des natürlichen Schwarmverhaltens durch langjährige Forschung sind die Anwendungsmöglichkeiten in technischen Systemen noch weitgehend unentdeckt. An der Universität Augsburg erforscht Prof. Dr. Wolfgang Reif mit seinem Team am Institut für Software & Systems Engineering (ISSE), wie das Schwarmverhalten von fliegenden Drohnen genutzt werden kann.

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Drohnenschwärme in Krisensituationen

Eine weitere vielversprechende Anwendung betrifft den Einsatz von Drohnenschwärmen in Notfallsituationen. Insbesondere nach Chemieunfällen könnten sie präzise bestimmen, in welche Richtung giftige Dämpfe sich bewegen. Wetterstationen, die die genaue Windrichtung messen könnten, sind oft zu weit entfernt, um die genauen Auswirkungen der Wetterbedingungen auf die Dämpfausbreitung zu ermitteln. Drohnenschwärme könnten als koordinierte Einheit agieren, um kritische Entscheidungen zu treffen und so beispielsweise die Position mit der höchsten Gaskonzentration zu ermitteln.

 
 

Effizienzsteigerung durch selbstorganisierte Drohnenschwärme

Um den Aufwand für derartige Projekte zu minimieren, widmet sich der Lehrstuhl für Softwaretechnik einem Forschungsprojekt, das von der DFG unterstützt wird. Hierbei werden selbstorganisierende Systeme erforscht, bei denen die Drohnen nicht mehr einzeln gesteuert werden müssen. Stattdessen interagieren sie miteinander, um gemeinsame Ziele zu erreichen, ohne externe Impulse zu benötigen. Inspiriert von Schwärmen in der Tierwelt, die in der Biologie bereits lange untersucht werden, eröffnen sich durch diese Erkenntnisse nicht nur Einblicke in physikalische Prozesse, sondern auch Anwendungen im Bereich der Informatik. Das Forschungsteam der Universität Augsburg konnte Regeln aus der Simulation von Drohnenschwärmen übernehmen. "Die einzelnen Individuen im Schwarm streben danach, beieinander zu bleiben. Dazu orientieren sie sich an ihren Nachbarn, versuchen ähnlich zu fliegen, eine ähnliche Geschwindigkeit beizubehalten und gleichzeitig Kollisionen zu vermeiden", erklärt Professor Reif.

Brücke zur Schwarmforschung: Einsatz von Drohnenteams

Einzeldrohnen sind im Alltag für Aufgaben wie Paketzustellung und Inspektion von Industrieanlagen im Einsatz. Obwohl einige Anwendungen wie Lightshows existieren, sind am Himmel bisher keine Drohnenschwärme zu sehen. Laut Kosak liegt dies vor allem daran, dass weitere Forschung für die Steuerung notwendig ist. Gemeinsam mit Dr. Constantin Wanninger, der die Flugrobotik-Abteilung am ISSE leitet, wird die praktische Drohnenforschung in einer Flugarena umgesetzt. Dabei werden die aus Simulationen gewonnenen Techniken auf reale Drohnen übertragen. Kosak betont, dass diese Techniken bei realen Systemen funktionieren können, wenn auch noch nicht so nahtlos wie in der Simulation. Erste Feldversuche haben bereits stattgefunden, bei denen Drohnen im Schwarm ein Glasfaserkabel zur Temperaturmessung mehrere Meter über dem Boden hielten. Dies ermöglicht ein vielseitiges, mobiles Messinstrument in der Höhe. 

Kontakt

Universität Augsburg Institut für Software & Systems Engineering

Herrn Prof. Dr. Wolfgang Reif
Institut für Software & Systems Engineering, Institutsdirektor

Universitätsstr. 6a
86159 Augsburg

+49 821 598-2174
+49 821 598-2479
reif@isse.de
https://www.uni-augsburg.de/de/fakultaet/fai/isse/

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Prof. Dr. Axel Tuma arbeitet seit 20 Jahren als Wirtschaftsingenieur an der Konzeption von betrieblichen Umweltinformations- und Kreislaufwirtschaftssystemen. Der Fachmann für Produktion und Supply Chain Management ist gefragter Partner in zahlreichen Forschungs- und Praxisprojekten. ... mehr
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