Fluggeräte & Algorithmen. Forschende der Uni Klagenfurt ermöglichen autonome Navigation von Drohnen durch KI-gestützte Sensordatenfusion.
Forschungen an der Universität Klagenfurt zielen darauf ab, Drohnen unabhängig von GPS-Signalen navigationsfähig zu machen. Jan Steinbrener und sein Team am Institut für Intelligente Systemtechnologien entwickeln Algorithmen, die Kamerabilder und Beschleunigungssensordaten kombinieren, um autonomes Flugverhalten zu ermöglichen.
Die technischen Herausforderungen sind beträchtlich, da Drohnen über begrenzte Rechenleistung und Energieressourcen verfügen, Während herkömmliche GPS-basierte Systeme in Innenräumen oder zwischen Hindernissen unzuverlässig sind, erfordert die visuelle Navigation eine Echtzeitauswertung von Kameradaten. Laut Steinbrener kann die Bordelektronik maximal zehn Bildanalysen pro Sekunde durchführen – eine Frequenz, die für stabile Flugmanöver nicht ausreicht. Um dieses Problem zu lösen, nutzt das Team Künstliche Intelligenz, um hochfrequente Daten des Beschleunigungssensors mit den selteneren Kamerabildern zu fusionieren. Dieser Ansatz ermöglicht präzisere Positionsbestimmungen und funktioniert auch bei schlechten Lichtverhältnissen.
Wie die Drohnen das autonome Fliegen lernen
Inspiriert von biologischen Lernprozessen trainieren die Forschenden die Algorithmen schrittweise. Erste Tests wurden im gesicherten Schwebeflug durchgeführt, bei dem die Drohne mittels eines Kabels vor Abstürzen geschützt war. Dabei konnten die Algorithmen anhand der Sensordaten nach und nach lernen, den Flug besser zu stabilisieren. Die Forschenden planen, diesen Ansatz systematisch zu erweitern, um komplexere Flugmanöver zu stabilisieren und die Software so zu generalisieren, dass sie auch mit verschiedenen Drohnenmodellen und Sensoren funktioniert.
Potenzial für vielfältige Anwendungen
Die Potenziale solcher autonomer Drohnen sind vielfältig. Sie könnten schwer zugängliche Infrastrukturen wie Brücken oder Strommasten inspizieren, gefährliche Situationen überblicken oder sogar extraterrestrische Gebiete ohne GPS erkunden. Das Projekt „Live fliegen lernen“ wurde von 2021 bis 2024 durch das 1000-Ideen-Programm des Wissenschaftsfonds FWF mit 153.000 Euro gefördert. Jan Steinbrener, seit Dezember 2024 Vizerektor für Forschung an der Universität Klagenfurt, betont die Notwendigkeit empirischer Testverfahren aufgrund der hohen Absturzgefahr während der Entwicklungsphase.