TEIL C

Elektro- und SolarfluggerÄte

2015 (D)

Ein weiterer Einsatzbereich für Drohnen, der zunehmend an Bedeutung gewinnt, ist der Landwirtschaftliche Sektor.

Als Initialzündung - vor allem in den Vereinigten Staaten - wird die im November 2014 seitens der Federal Aviation Administration (FAA) veröffentlichte Ausnahmeregelung (Section 333 exemption) betrachtet, die es erlaubt, im Einzelfall Drohnen auch kommerziell zu fliegen. Damit dürfen landwirtschaftliche Drohnen legal über die gesamte Wachstumssaison Daten sammeln, was es den involvierten Unternehmen erstmals ermöglicht, ihre Technologien und Geschäftsmodelle zu testen – und idealerweise auch einen Gewinn zu erzielen.

Im April 2015 erhält beispielsweise das Start-Up Vine Rangers mit Sitz in Kalifornien eine entsprechende Genehmigung – und ist damit eines von nur 16 Unternehmen im Land, das Drohnen in der Landwirtschaft offiziell nutzen darf. Die Firma will Drohnen und Boden-Roboter einsetzen, um Daten über Weinberg-Kulturen zu sammeln. Doch anscheinend klappt es mit der Finanzierung nicht, denn inzwischen ist die Firma anscheinend verschwunden.

Im Jahr 2014 überarbeitet übrigens auch Japan die Gesetze zu UAVs und erhöht das Maximalgewicht von 100 kg auf 150 kg, bevor es irgendwelche Einschränkungen gibt – was insbesondere den landwirtschaftlich eingesetzten Hubschraubern zugute kommt, wie sie beispielsweise von Yamaha hergestellt werden (s.u.).

Ebenfalls im Frühjahr 2015 setzt sich das in in Somerville, Massachusetts, beheimatete Start-Up Raptor Maps Inc. von Nikhil Vadhavkar und Eddie Obropta bei dem renommierten MIT $ 100K Wettbewerb gegen acht Finalisten durch. Mit dem namensgebenden Preis von 100.000 $ will das MIT Studenten ermutigen, ihre Geschäftsideen einzureichen und wie sie planen, diese zu realen Produkten zu machen.

Da die Kontrolle der Pflanzengesundheit für Landwirte von immanenter Bedeutung ist, plant Raptor Maps Getreide-Kartierungs-Drohnen in die Luft zu bringen, um die Gesundheit der Pflanzen besser zu verfolgen und damit die Ernten der Bauern zu fördern. Mittels multispektraler Bilder und Datenanalyse kann das RaptorMaps-System ungesunde Pflanzen ,erschnüffeln’. Im Sommer 2016 bekommt die Neugründung eine nicht bezifferte Startinvestition vom Commercial Drone Fund. Auf dem Markt ist sie bislang noch nicht.

Das multinationale Unternehmen Cargill Inc. mit Hauptsitz in Minnesota, das sich mit Lebens- und Futtermitteln sowie nachwachsenden Rohstoffen befaßt, führt in Malaysia Versuche mit Drohnen durch, wofür im Mai 2015 in Sandakan eine kleine Gruppe von zukünftigen Piloten ausgebildet wird. Die Firma will damit auch das Versprechen erfüllen, welches es im Juli 2014 in Bezug auf seine Palmölpolitik gegeben hatte.

Cargill hatte damals zugesagt, auf Landnutzungsprobleme zu reagieren, die Erhaltung zu unterstützen, die Transparenz des Plantagenmanagements zu erhöhen und bei der Identifizierung von Gebieten mit geschützten Wäldern bzw. hohem Kohlenstoffbestand (High Carbon Stock, HCS) sowie hohem Erhaltungswert (High Conservation Value, HCV) zu helfen.

Im September folgt die Meldung, daß Cargill die zwei ersten Fluggeräte erworben habe und nun mit der Gruppe geschulter und zertifizierter Piloten die operativen Versuche vorbereitet. Bei den Drohnen handelt es sich um Skywalker UAVs, batteriebetriebene Flugzeuge mit einer Spannweite von 1,8 m, die eine Nutzlast von 2 kg tragen können, eine Reichweite von 2,3 km besitzen, autonom zu fliegen vermögen und Bilder mit einer Auflösung von 10 cm pro Pixel liefern. Die Flugzeit mit dem 5.000 mAh Li-Po-Akku beträgt etwa eine Stunde.

Die Drohnen werden verwendet, um die Landnutzung zu kartieren und die Bemühungen zur Ertragssteigerung zu überwachen. Außerdem werden damit die Brände beobachtet, die in der Nähe der Cargill-Plantagen auftreten, oft durch illegale Rodungen verursacht werden und seit Jahrzehnten die Hauptursache des regionalen Dunstproblems sind. So wurden während des jüngsten Ausbruchs von Waldbränden auch in Indonesien Drohnen entsandt, um Brände an den Grenzen von Cargills Palmölplantagen zu lokalisieren, damit die Ergebnisse an die örtliche Polizei weitergemeldet werden können.

Der genannte Skywalker der 2012 gegründeten Vertriebsfirma UAV Systems International Inc., die Drohnen aller Größen und Formen anbietet, wird übrigens Ende 2016 zu einem vergünstigten Preis von knapp 900 $ angeboten. Die UAV war uns bereits Ende 2012 begegnet, in Form der von Darwin Aerospace umgebaute Burrito-Lieferdrohne (s.d.).

Im November 2015 bringt der chinesische Drohnenhersteller und aktuelle Weltmarktführer DJI eine Drohne auf den Markt, die den Personaleinsatz beim Ackerbau weiter verringern soll. Die Agras MG-1 kann eigenständig und sicher Pflanzenschutzmittel und andere Flüssigkeiten über die Felder versprühen, was auch verhindert, daß die Mitarbeiter den teilweise giftigen Flüssigkeiten übermäßig lange ausgesetzt sind, wie es häufig bei Handspritzen der Fall ist, die Chemikalien aus Rucksack-Kanistern verteilen.

Die Acht-Rotoren-Drohne, die mit einer 10 kg Ladung in einer Stunde etwa 10.000 m² abdecken kann, besitzt  ein eingebautes Mikrowellen-Radar, das den Boden scannt und dadurch stets die richtige Sprüh-Distanz zu den Nutzpflanzen wahrt. Dies sei 40 mal effizienter als die herkömmliche Verteilung von Pflanzenschutzmitteln.

Die staubabweisende, wasserfeste Drohne kann fast zehn Liter der Flüssigkeit in ihrem Tank transportieren. Mit einer Fluggeschwindigkeit von 8 m/s sollen so in einer Stunde vier Hektar mit Pflanzenschutzmittel besprüht werden. Allerdings reicht die Energie nur für eine Flugzeit von jeweils maximal zwölf Minuten, dann muß der Akku getauscht werden. Die Agras MG-1 wird für 15.000 $ verkauft, wobei zunächst nur Unternehmen in China und Südkorea beliefert werden, später sollen aber auch andere Länder folgen.

Mit einer etwas üppigeren Zuladung von 2 × 13 Litern in den Dünger- oder Pestizid-Tanks unterwegs sind nun auch größere unbemannte Hubschrauber, wie das 90 kg schwere und 3,63 m lange Modell RMAX von Yamaha, das bereits Anfang der 1990er Jahre entwickelt wurde und schon länger in Japan, Südkorea und Australien als Ersatz für Agrarflugzeuge eingesetzt wird. Da es jedoch mit einem Zweizylindermotor und fossilen Brennstoff betrieben wird, soll es hier nicht weiter behandelt werden.

Im Mai 2015 berichtet die Presse, daß die Weinbauern in Baden-Württemberg gerne mit schweren Drohnen gegen Krankheiten und Schädlingen an ihren Reben vorgehen würden. Üblicherweise werden Schädlinge in den Weinbergen 6 - 7 mal im Jahr bekämpft, entweder vom Hubschrauber oder vom Traktor aus. Doch gerade mit Helikoptern ist die Vernebelung der Pflanzenschutzmittel durch den sogenannten Abdrift recht groß.

An der Mosel in Rheinland-Pfalz läuft schon seit drei Jahren ein entsprechendes Forschungsprojekt. Neben dem großen Vorteil der viel gezielteren Ausbringung, da die Mittel aus geringerer Höhe versprüht werden, sind Drohnen leiser als Hubschrauber, reduzieren das Unfallrisiko und sparen Treibstoff. Und vor allem an Steil- und Steilstlagen lassen sich Drohnen viel besser als alle anderen Methoden einsetzen.

Für den breiten Einsatz der Drohnen fehlt derzeit aber noch die luftfahrtrechtliche Genehmigung, da sogenannte unbemannte Luftfahrtsysteme mit einer Gesamtmasse von mehr als 25 kg außerhalb von Landeplätzen grundsätzlich verboten sind.

Genau ein Jahr später, im Mai 2016, ist in diesem Zusammenhang zu erfahren, daß auch Manuel Becker von der Staatlichen Lehr- und Versuchsanstalt für Wein- und Obstbau im schwäbischen Weinsberg die Möglichkeiten zum Einsatz von Drohnen im Weinbau testet. Dabei geht es nun vor allem um die Aufrüstung solcher Flieger mit Sensoren und Software zur Auswertung von Fotos, wodurch der Preis für einen derartigen Weinbau-Multicopter etwa 4.000 € erreicht. Die Fluggeräte können beispielsweise ,Trockenstreß’ erkennen, den zu verhindern gut für die Qualität der Trauben ist.

Im Juli 2015 melden wiederum Forscher der University of Minnesota um Prof. Ian MacRae, daß sie an einer besonders tief fliegenden Drohne arbeiten, um winzige Sojabohnen-Blattläuse zu erkennen.

Der hilfreiche Flieger findet diese hochgradig zerstörerischen Insekten, indem er die Pflanzen fotografiert und die reflektierten Lichtwellenlängen analysiert. Die Blattläuse selbst sind zu klein, um fotografiert zu werden, doch sie ändern die Art und Weise, wie das Licht von der Pflanze reflektiert wird. Mit den gewonnenen Daten lassen sich befallene Kulturen daher schnell lokalisieren.

Im April 2016 wird berichtet, daß eine Gruppe von Forschern der Clemson University plant, mit Hilfe von Luft- und Bodendrohnen die beste Art von Sorghum (einer Gattung der Grasfamilie) zur Produktion von Biokraftstoff zu finden. Hierfür wollen sie einen autonomen, etwa 12 kg schweren Klein-Hubschrauber einsetzen, der mit Kameras im sichtbaren Licht, hyperspektralen, Infrarot- und Lasergeräten ausgestattet ist, um Daten von einem vier Hektar großen Grundstück zu sammeln.

Die im Jahr 2011 gegründete Firma Near Earth Autonomy Inc. aus Pittsburgh in Pennsylvania, welche das Drohnen-Sensor-System für das Projekt baut, will den Hubschrauber mindestens alle zwei Wochen einmal für 20 Minuten über die Kulturen fliegen lassen, um Bilder und Messungen zu machen. Mit diesen wird dann ein 3D-Modell des Feldes konstruiert, das den Forschern einzelne Sorghum-Pflanzen zeigt, die über die Erwartung hinaus am besten gediehen sind. Zudem sollen zwei Landdrohnen ausgeschickt werden, um auch Messungen auf Bodenniveau zu machen und ihre Sensoren auf Pflanzenstiele und Blätter zu legen.

Sorghum ist eine der besten Alternativen zu Mais, wenn es um die Produktion von Biokraftstoffen geht. Es könnte sogar besser sein, da er Dürre und andere weniger als ideale Bedingungen gut überleben kann. Das Problem ist, daß die Wissenschaftler immer noch nicht wissen, welche der etlichen Sorten die meisten Rohstoffe zur Herstellung von Biokraftstoff liefert.

Die Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E) des Department of Energy hatte im Juni des vergangenen Jahres 30 Mio. $ bereitgestellt, um sechs hauptsächlich universitäteTeams zu finanzieren, die in den nächsten zwei bis vier Jahren Roboter und automatisierte Sensorsysteme entwickeln sollen, um physikalische Phänotypen-Daten von Pflanzen viel schneller zu sammeln als es Menschen, die Messungen auf dem Feld machen, jemals könnten. Der Name des Sorghum-Programms lautet Transportation Energy Resources from Renewable Agriculture (TERRA).

Drohnen wollen hierbei allerdings nur die Wissenschaftler der Clemson University einsetzen, die dabei mit Kollegen der Carnegie Mellon University zusammenarbeiten, während die Teams der Purdue University (gemeinsam mit IBM Research und anderen Partnern), des Pacific Northwest National Laboratory in (zusammen mit Blue River Technologies und Chromatin Inc.), der University of Illinois at Urbana-Champaign (mit der Cornell University und Signetron Inc.) sowie der Firma Texas A&M AgriLife Research (in Kooperation mit dem National Robotics Engineering Center u.a.) alle auf Bodenoboter setzen.

Ein Team am Donald Danforth Plant Science Center in St. Louis soll die Forschungsergebnisse der Gruppen dann zu Open-Source-Phänotyp-Datensätzen zusammenbauen, die Wissenschaftler auf der ganzen Welt bei eigenen Arbeiten verwenden können. Das Verarbeiten all dieser Daten ist allerdings kein Desktop-Szenario.

Die im September 2015 von Dmytro Surdu gegründete Firma Kray Technologies in Kiew, Ukraine, bezeichnet sich als die weltweit erste, die innerhalb von zwei Jahren F&E-Arbeit eine Schwerlast-Drohne geschaffen habe, die für den Pflanzenschutz im industriellen Maßstab angewandt werden kann.

Es handelt sich um einen Oktokopter mit zusätzlichem Vorwärtsflug-Motor, der bei einem Startgewicht von ca. 35 kg einen 22 Liter Tank trägt. Während dem Einsatz fliegt er mit ca. 110 km/h knapp einen Meter über den zu besprühenden Pflanzen. Neben 5 – 10 mal geringeren Kosten im Vergleich zum Sprühen vom Flugzeug aus, soll die Drohne auch noch eine Ersparnis von 70 % der Pestizide bringen. Bislang scheint es allerdings beim Prototypen geblieben zu sein.

Zu den weiteren Projekten des Unternehmens gehört eine Transportdrohne für Langstreckenlieferungen (bis zu 2.000 km) mit einer Nutzlast von bis zu 13 kg. Auch hier scheint man noch nicht über die Planungsphase hinausgekommen zu sein.

 

Auch im Sektor Industrie und Bauwesen sind Drohnen zunehmend im Einsatz.

Über einige Projekte hatte ich schon in der Übersicht des Vorjahres gesprochen – wie z.B. die Inspektionsdrohnen, mit denen die Flugzeuge der easyJet-Flotte überprüft werden usw. Mindestens ebenso interessant sind die Fluggeräte für das Bauwesen, da sie, mit einer guten Kamera ausgestattet und durch leistungsstarke Software gesichert, die Arbeit vor Ort oftmals beträchtlich einfacher und schneller machen.

Als Einstieg in die Übersicht nutze ich den im Vorjahr von den Vereinigten Arabischen Emiraten (VAE) erstmals ausgerichteten internationalen Wettbewerb Drones for Good, dessen Gewinner Anfang Februar 2015 in Dubai bekannt gegeben wird. Insgesamt waren mehr als 800 Beiträge aus 57 Ländern eingegangen, welche die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten der Drohnentechnologie im Sinne der Allgemeinheit zeigen. Was angesichts des stattlichen Preisgelds in Höhe von 1 Mio. $ auch nicht verwundert.

Zur Klarheit: Der internationale Wettbewerb bietet ein Preisgeld von 1 Mio. $, während der parallele nationale Wettbewerb dem Gewinner 1 Mio. AED zuspricht (= Dirham der Vereinigten Arabischen Emirate, der Betrag entspricht ca. 250.000 €).

Ein genauerer Blick zeigt, daß die meisten Beiträge überraschenderweise aus Spanien kamen (62), gefolgt von den Vereinigten Staaten (47), Indien (34), Saudi-Arabien (18), Kolumbien und Polen (jeweils 15) und dem Vereinigten Königreich (11). Über eventuelle deutsche Teilnehmer habe ich bislang nichts gefunden. Die Beiträge sind interessant genug, um hier zumindest die von den Semifinalisten vorgeschlagenen Einsatzgebiete zu nennen:

Das Aufspüren von ertrinkenden Personen (Polen); Wiederaufforstung (UK); Aufspürung von Landminen (Spanien); Unterstützung von Rettungseinsätzen (Neuseeland); Kartografierung von Katastrophengebieten (Saudi-Arabien); Zugang zu schwer zugänglichen Orten und Unterstützung von Rettungsmissionen (Schweiz); Pflanzen von Samen und Sammeln von Pflanzenproben (Sudan); umweltfreundliches Entfernen von Nebel (VAE); Stadtplanung in Slums (Kenia); Transport von Organtransplantaten (Spanien); Bekämpfung von Wilderern, Kontrolle des Wildbestands und Reduzierung von Brandrisiken (Spanien); Transport von Nahrungsmitteln, Medizin, Wasser usw. zu abgeschnittenen Gemeinschaften (Australien).

Von industriellen Umsetzungen findet sich dagegen nichts, was natürlich dem Motto des Wettbewerbs geschuldet ist. Doch genau hier zeigt sich die Flexibilität der neuen Technik, denn der Gewinner des Wettbewerbs ist die fortgeschrittene Version der GimBall-Drohne der Technischen Hochschule Lausanne (EPFL), die ich bereits in der Jahresübersicht 2013 vorgestellt habe (s.d.).

Die Weiterentwicklung war durch die von Adrien Briod und Patrick Thévoz im Jahr 2014 initiierte Ausgründung Flyability SA geschehen. Ursprünglich als Rettungswerkzeug in Katastrophengebieten gedacht, soll die stabile, mit einem Kohlefaser-Käfig umgebene und mit Kameras und starken LEDs ausgestattete Drohne nun für die Inspektion von Brücken, Schiffen, Kraftwerken und anderen Orten eingesetzt werden, die ein potentielles Risiko für den Menschen darstellen.

Bevor das Schweizer Unternehmen den 1-Million-$-Scheck erhielt, hatte es von Startinvestoren schon einen nicht genannten Betrag eingenommen. Nun versucht es in einer ersten Finanzierungsrunde weitere 2 Mio. $ einzusammeln, um bis Ende des Jahres mit der Produktion zu beginnen. Die erstes GimBalls sollen mindestens 30.000 $ kosten – was ziemlich hoch klingt. Aufgrund der vielen Anfragen seit dem Wettbewerb, denkt man aber auch darüber nach, ein Freizeitmodell für den Massenmarkt zu entwickeln, dessen Preis unterhalb von 1.000 $ liegen soll.

Im Januar 2016 erscheint eine Bericht darüber, daß die Lebensdauer und das Potential der GimBall Drohne als Such- und Rettungshilfe zwischenzeitlich in den tiefen Gletscherspalten der Schweizer Alpen erprobt worden sei, in 3.500 m Höhe über Zermatt.

Gemeinsam mit dem Bergrettungsteam Zermatt nutzen die Erfinder nicht nur für spektakuläre Aufnahmen, der Testflug bringt vor allem die Gewißheit, daß man mit der Drohne die Bergrettung revolutionieren kann.

Weil die Gletscherspalten über Zermatt für jegliche Roboter unzugänglich sind, müssen die Rettungsteams oft unter Lebensgefahr nach verschollenen Personen suchen. Mit der Super-Drohne könnten abgestürzte Menschen nun gefahrlos gefunden und Rettungseinsätze präzise geplant werden.

Für Flyability geht es jedenfalls stark aufwärts, wobei im April 2016 eine Technologie- und Lieferpartnerschaft mit der 2009 gegründeten Firma Sky-Futures Ltd. bekanntgegeben wird, dem weltweit führenden Anbieter von Drohneninspektions-Dienstleistungen für die Öl- und Gasindustrie.

Im Mai kann dann endlich auch das Premieren-Produkt vorgestellt werden: Die erste kollisionstolerante Drohne für die Inspektion und Erforschung von unzugänglichen oder engen Räumen heißt Elios und kann Dank ihres frei drehbaren Kugelschutzrahmens und der Flugsteuerungsalgorithmen auch in komplizierte Strukturen wie Kraftwerkskessel eindringen.

Sie kann ebenso durch Strukturen bis zu einer Höhe von 100 m fliegen, wie z.B. Kamine, ohne eine Beschädigung des Fluggeräts oder der Struktur zu riskieren. Nachdem zunächst nur eine begrenzte Anzahl von Einheiten lieferbar ist, ist die Produktion in größerem Maßstab für Ende des Jahres geplant.

Ein Sky-Futures Drohneninspektionsteam führt im Juni 2016 die weltweit erste Testinspektion eines FPSO-Frachttanks durch eine Drohne durch, ohne daß ein Mensch den Tank betreten muß. Zur gleichen Zeit arbeitet Flyability mit der Firma DJI zusammen, um das Lightbridge 2, ein extrem zuverlässiges Bildübertragungssystem, in die Elios zu integrieren.

Im Juli übernimmt Aqualogy, eine spanische Tochtergesellschaft von Suez Environment, die Elios für die Inspektion des Regenwasserkanalsystems von Alicanta. Ebenfalls in diesem Monat kann Flyability der erfolgreichen Abschluß einer Finanzierungsrunde A mit einer Investitionssumme von 4,3 Mio. $ melden, die vom Environmental Technologies Fund angeführt, Beteiligungen von Go Beyond investing, MKS Alternative Investments und privaten Schweizer Investoren umfaßt.

Für den Benelux-Markt wird im August eine Partnerschaft UAV-Industrieinspektionen mit der Firma RoNik Inspectioneering B.V. bekannt gegeben; im Oktober schließen sich Flyability und Sky-Futures zusammen, um eine vollständig integrierte Lösung für die Inspektion auf Drohnenbasis zu vermarkten; im November folgt eine Partnerschaft für die Region Singapur mit der Firma Metalcare Solutions Asia Pte Ltd.; und ab Dezember arbeitet Flyability mit C4D Intel zusammen, um die neuen Drohnen auch auf den australischen Markt zu bringen.

Im Mai 2017 folgt die Meldung, daß die Flyability-Drohne nun auch von der Europäischen Raumfahrtagentur ESA genutzt wird, um sich auf eine genaue Kartierung des Mars vorzubereiten. Als Testfeld werden schwer zugängliche sizilianische Höhlen ausgewählt, da die Erforschung einer Höhle stark der Erkundung fremder Planeten ähnelt, angefangen vom Mangel an Sonnenlicht bis hin zu der Tatsache, daß die Technik vor Ort nur schwer repariert werden kann – und daher besonders sicher und robust sein muß.

Die Drohne nutzt eine Wärmebildkamera, um das Innere der Höhle aufzuzeichnen. Sie weist zudem eine Besonderheit auf: Der Flieger ist so gebaut, daß er teilweise gezielt gegen die Höhlenwände geflogen werden kann, um detaillierte Vermessungen vorzunehmen. Außerdem können mit Hilfe der Drohne auch geologische Proben in Bereichen genommen werden, die von Menschen sonst nur schwer zu erreichen sind. Die Ergebnisse der Tests in Sizilien werden anschließend auf einer Konferenz in Palermo präsentiert.

Im September 2020 wird berichtet, daß die Elios-Drohne von Flyability bereits 2018 über einen Zeitraum von zwei Wochen auch zur Erforschung einiger der tiefsten Eishöhlen in Grönland eingesetzt wurde. Hierzu war ein internationales Team unter der Leitung von Prof. Francesco Sauro von der italienischen Universität Bologna in ein Gebiet etwa 80 km östlich der Stadt Kangerlussuaq auf dem grönländischen Inlandeis gereist.

Im Mai 2022 erscheint die neueste Version der Elios-Käfigdrohne in den Blogs. Wie seine Vorgänger verfügt auch der Elios 3 über einen Kohlefaser-Strebenkäfig, der die Drohne schützt, falls sie gegen etwas prallt. Das wichtige neue Feature der Version ist ein Ouster OS0-32 LiDAR-Sensor, der es der Drohne in Kombination mit der integrierten SLAM-basierten FlyAware-Kartierungssoftware ermöglicht, dreidimensionale Computermodelle ihrer Umgebung in Echtzeit zu erstellen und aufzuzeichnen.

Der LiDAR-Sensor und die Software tragen auch dazu bei, den Elios 3 während des Flugs zu stabilisieren, zusammen mit der Hilfe von seinen drei Kameras: eine Wärmebildkamera, ein optischer Abstandssensor und eine 4K-Kamera, die Live-Videos an den Bediener überträgt und bei schlechten Lichtverhältnissen durch eine Reihe von LED-Strahlern unterstützt wird. Eine Ladung des Lithium-Akkus soll für 12,5 Minuten Flugzeit reichen; die Preise der spritzwassergeschützten Drohne werden auf Anfrage mitgeteilt.

Es gibt aber bereits Konkurrenz, denn auch die australische Firma Soto Consulting Engineers überwacht mit Drohnen Standorte der Schwerindustrie und des Bergbaus und überprüft große Betonkonstruktionen, Kessel und Förderbänder, um schwer zu entdeckende strukturelle Probleme zu identifizieren. Ähnliche Dienstleistungen bietet die 2014 gegründete und ebenfalls australische Firma Propeller Aerobotics Pty Ltd. an.

Im Rahmen des Pilotprogramms ,Stadt der Zukunft’, das von der österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) unterstützt wird, entwickelt die Firma Siemens Corporate Technology Werkzeuge und Methoden für eine effizientere und zielgerichtetere Sanierung von Gebäuden.

Bei dem Forschungsprojekt HOTSPOTS soll der aktuelle Zustand des Baubestandes und seiner Umgebung besser erfaßt, sowie umfangreiche Energie- und Wärmeverlust-Analysen gefertigt werden, indem von Hightech-Drohnen und Heißluftballons flächendeckend Thermalbilder geschossen und mit einer Spezial-Software in ein 3D-Modell der Stadt umgewandelt werden, welches mit thermischen Information untermalt wird.

Die Aufnahmen aus der Luft ermöglichen eine thermische Analyse ganzer Städte. Dabei begeben sich die Forscher um die Projektleiterin Claudia Windisch gemeinsam mit Kollegen des Austrian Institute of Technology, dem AEE Institut für nachhaltige Technologien und den Stadtwerken Gleisdorf auf die Suche nach sogenannten ,Critical Spots’, d.h. Gebäuden bzw. Gebäudekomplexen, die besonders optimierungsbedürftig sind.

Die ersten Daten sollen bereits im Februar erfaßt und für die Auswahl von Sanierungsmaßnahmen genutzt werden. Im nächsten Winter werden die Daten dann verglichen und analysiert, welchen Mehrwert das Projekt den Beteiligten gebracht hat.

Im März 2015 kündigt der multinationale Maschinenbauer Komatsu an, daß er einen neuen Dienst namens Smart Construction für die Bauindustrie einführen wird, der u.a. eine Plattform namens KomConnect umfaßt, der Maschinen und Arbeiter an die Cloud anschließen wird um die Gesamteffizienz der Maschinen und natürlich auch der Drohnen zu verbessern.

Bei diesen handelt es sich um UAVs des Drohnen-Dienstleisters Skycatch Inc. aus San Francisco, die eingesetzt werden, um Vermessungen durchzuführen und 3D-Modelle zu produzieren, welche in interaktiven Live-Karten der Baustellen gipfeln.

Ebenfalls im März 2015 erhält Commonwealth Edison, der größte Elektrizitätsversorger in Illinois, eine Zwei-Jahres-Genehmigung der FAA für die Verwendung von UAVs, um seine Linien zu inspizieren. In Vorbereitung darauf hatte die Exelon-Tochter mit dem Illinois Institute of Technology (IIT) zusammengearbeitet. Nun will man im Sommer mit Flügen in den südlichen Vororten beginnen, sobald das eigentliche Flugzeug-System und die Kamera-Ausrüstung beschafft sind.

Besonders eine Reihe von Einrichtungen entlang der Eisenbahnen sind schwer zugänglich und zu kontrollieren, was bislang Hubschrauberflüge erforderte. Linien in ländlichen Gebieten sind wiederum am Stück oft 50 – 65 km lang, was die Schadensbeurteilung nach einem Sturm ebenfalls aufwendig macht.

Als erstes soll untersucht werden, wie sich die Effizienz des Systems erhöhen läßt, um eine längere Zeit fliegen zu können, bevor es wieder auf den Boden kommen muß, um aufgeladen werden. Dies bezieht sich auf die Drohne, die am IIT entwickelt worden war und sich durch einen umgebenden zylindrischen Schutzkäfig auszeichnet. Ich hatte die damals HyTAQ genannte Drohne im November 2012 vorgestellt (s.d.).

Wie im Juni 2015 bekannt wird, hat der Schweizer Energieversorger BKW Energie AG zusammen mit der Firma SKIVE Aviation AG aus Rorbas eine neue, zum Patent angemeldete Hightech-Drohne mit acht Propellern entwickelt, die autonom auf einer Hochspannungsleitung landet, diese abfährt und selbständig nach Schäden untersucht.

Ein Laserscanner erkennt in der Luft die Hochspannungsleitung, worauf die ca. 18 kg schwere Drohne automatisch stabil auf den ,Seilen’ landet. Vom Boden aus wird das Ganze auf Bildschirmen verfolgt, wobei ein Fachmann jederzeit über eine Fernbedienung in den Prozeß eingreifen kann.

Ist der 1,5 x 1,0 m große Flugroboter auf der Leitung angekommen, beginnt er mit dem Abfahren, wobei er mit einer Kamera etwaige Schäden an den Leitungen fotografiert und die Bilder direkt an die Leitwarte am Boden sendet. Die Sache scheint bislang aber noch nicht über das Prototypenstadium hinaus zu sein.

Im Juli wird über ein Forschungsprojekt berichtet, bei dem das Elektrizitätswerk der Stadt Zürich (ewz), die Hochschule Luzern und das Schweizer Unternehmen Aeroscout GmbH, ursprünglich ein Spin-Off der ETH Zürich, testen, ob sich Drohnen in der Praxis bewähren. Die Firma stellt industriell gefertigte Helikopterdrohnen her, die sich durch eine große Nutzlast bis zu 18 kg und einer langen Flugzeit bis zu 1,5 Stunden bei voller Zuladung auszeichnen.

In dem von der Kommission für Technologie und Innovation (KTI) mitfinanzierten Projekt, bei dem die automatische Inspektionen von Hochspannungsleitungen untersucht wird, wird das mit einem Autopiloten ausgestattete Modell Scout B1-100 UAV Helicopter eingesetzt, das nicht nur das automatische Starten und Landen beherrscht, sondern auch für Missionsflüge entlang von GPS Koordinaten verwendet werden kann, was ideal für die Trassenbefliegung ist.

Im Zuge des Versuchs können beispielsweise 2 km Leitungen in weniger als 15 Minuten Flugzeit abgeflogen werden, inklusive Start und Landung. Das Forschungsprojekt läuft bis zum Sommer 2017.

Im Oktober 2015 folgt ein Bericht, dem zufolge auch der Energieversorger N-ERGIE AG in Nürnberg einen Hexakopter zur Inspektion von Freileitungen und Netzstationen einsetzt, der zukünftig auch zur Überprüfung von Wind- und Photovoltaikanlagen genutzt werden soll.

Das mit Kamera rund 5 kg schwere Gerät hat einen Durchmesser von rund 1 m, besitzt sechs Rotoren und kann mit einer Akkuladung etwa 12 Minuten lang betrieben werden. Die mit einer Spiegelreflex- oder Wärmebildkamera ausgestattete Drohne wird von ausgebildeten Piloten vom Boden aus und in Sichtweite ferngesteuert.

Interessanterweise handelt es sich bei dem Hexakopter um dasselbe Modell, für das der Verteilnetzbetreiber Westnetz GmbH, einer 100 %-ige Tochtergesellschaft von der RWE Deutschland AG – bereits mit dem Deutscher Ideen Preis 2014 des Deutschen Instituts für Betriebswirtschaft ausgezeichnet wurde. Den RWE-Innovationspreis selbst hatten übrigens schon 2010 zwei Mitarbeiter des Kraftwerks Niederaußem eingeheimst, Ulrich Kurten und Josef Mautsch, die eine Kamera-Drohne zum Aufspüren von Schäden an schwer zugänglichen Stellen wie große Kühltürme oder Kamine entwickelt hatten.

Der N-ERGIE AG zufolge ergänzt der neue Flugroboter die netzweiten Leitungsbefliegungen mit dem Helikopter, wobei auch Strommasten überprüft werden, ohne daß ein Mitarbeiter den Mast erklimmen oder mit einem Hubsteiger hochgefahren werden muß. Ebenso kann der Hexakopter Detailaufnahmen von Schäden oder Schwachstellen an Solar- und Windkraftanlagen aufnehmen, wie blinde Flecken auf PV-Modulen oder Schäden durch Blitzeinschläge auf Rotorblättern.

Derzeit sind fünf Piloten für den Einsatz mit dem Hexakopter ausgebildet und sammeln an den Anlagen der N-ERGIE erste Erfahrungen. Ab 2016 will die Firma gezielt auch anderen Unternehmen die Inspektion aus der Luft als Dienstleistung anbieten – wofür sich bislang aber lein Beleg finden läßt. Auch in diesem Fall scheint das Projekt bislang noch nicht weitergekommen zu sein.

Ebenfalls im Oktober 2015 stellt die Firma Cyberhawk Innovations aus dem schottischen Livingston einen neuen Drohnenservice für kommerzielle Windpark-Inspektionen namens iHAWK Wind vor, der auf einem schnellen und umfassenden Anlagenverwaltungstool basiert, das auch für die sehr spezielle Inspektion einzelner Windradblätter eine Lösung bietet.

Für das 2008 gegründete Unternehmen, das sich selbst als Weltmarktführer von Luftinspektionen und -vermessungen mit Drohnenunterstützung bezeichnet, hat sich das Auftragsvolumen bei Industrieinspektionen und Vermessungen im Bereich erneuerbarer Energien, mit dem 2012 begonnen wurde, im laufenden Jahr laut eigenen Angaben verzehnfacht. Hauptauftraggeber sind die Betreiberfirmen von großen Windparks wie RWE, SSE, Siemens, Vestas, Vattenfall, Dong Energy, Forewind und EDP Renewables.

Zum Einsatz kommen dabei Drohnen des Modells AscTec Falcon 8, mit deren Hilfe ein einziges Team in knapp zwei Wochen über 30 Windturbinen vollständig inspizieren knapp. Im Gesamtjahr 2016 werden bereits mehr als 1.000 Blätter geprüft.

Unternehmen in Deutschland, die Windkraftanlagen mittels Drohnen kontrollieren, sind beispielsweise die 2014 gegründete Firma Vspect GmbH aus Hallig Hooge (die auch Tauchroboter für Prüfungen und Meßaufgaben unter Wasser einsetzt); oder die schon seit 1996 bestehende REETEC GmbH aus Bremen, die neben Rotorblattprüfungen von innen und außen inzwischen auch Reparaturen und den Austausch von Rotorblättern anbietet.

Über ähnliche Einsätze von Inspektionsdrohnen bei Solarparks habe ich schon in der Jahresübersicht 2014 berichtet (s.d.).

Weitere Unternehmen, die Inspektionen mit Flugrobotern durchführen, sind z.B. die seit 2012 aktive Firma SPECTAIR GmbH & Co. KG aus Meerbusch, die mit ihrer SPECTAIR Academy zudem eine Flugschule für Drohnen-Piloten betreibt – oder die Robotic Air aus Elz, die seit 2013 Luftaufnahmen und andere Dienstleistungen anbietet.

Auch der dänische Spezialist AtSite A/S aus Billund bietet verschiedene Inspektionsverfahren an, wofür sich die Firma mit dem führenden Schweizer Spezialisten Visual Working zusammengetan hat. Zwischen 2013 und 2016 werden mit Hilfe von Drohnen mehr als 2.000 Rotorblätter von Offshore-Turbinen kontrolliert, wobei ein Team im Schnitt zehn Windturbinen pro Tag überprüfen kann.

Als im November 2015 die Sieger des Wettbewerbs Idea Challege gekürt werden, den das Innovationsnetzwerk EIT Digital im Rahmen seiner Smart-Energy-Konferenz ausgeschrieben hatte, und an dem sich europaweit 461 Start-Ups beteiligt haben, gehört zu den acht Finalisten auch die französische Firma Sterblue aus Nantes, die eine Drohne entwickeln will, die bei der Wartung von Hochspannungsleitungen und Windrädern hilft. Das junge Unternehmen will seine Technologie ab 2016 anbieten.

Der Preis der Idea Challege kann Sterblue zwar nicht einheimsen, dafür aber drei andere erste Preise in Frankreich. Umgesetzt worden scheint das Konzept bislang aber noch nicht zu sein.

Wie wichtig die neue Technologie gerade in Bezug auf Windparks ist, erklärt sich selbst, wenn man erfährt, daß zu Beginn des Jahres 2015 weltweit bereits fast 270.000 gewerblich genutzte Windenergieanlagen installiert sind, mit insgesamt 327.381 MW Leistung. Dies bedeutet mehr als 800.000 Rotorblätter, die jährlich überprüft werden müssen, ganz zu schweigen von den Hunderttausenden weiterer Blätter, die voraussichtlich in den kommenden Jahren in Betrieb gehen.

Die Klingen müssen im ersten Dienstjahr stärker auf Produktionsfehler untersucht werden, und sie verschleißen mit der Zeit, während sie Absplitterungen und Risse zeigen. Eine frühzeitige Verschlechterung kann das Energieproduktionspotential verringern, und wenn die Schäden nicht behoben werden, können sie einen Totalverlust der Rotorblätter verursachen.

Im November 2016 folgt der Bericht eines interdisziplinären Forscherteams der ETH Zürich um Ndonga Chokani, bei dem es um die  optimale Plazierung von Windturbinen in einem Onshore- oder Offshore-Windpark geht, wo der sogenannte Wake-Effekt den Verantwortlichen oftmals Kopfschmerzen bereitet: Bewegt sich der Wind durch eine Turbine, nimmt die Energie des Luftstroms ab, breitet sich aus und schafft Turbulenzen, was die Leistungsabgabe der nachgeschalteten Turbinen um bis zu 40 % verringern und einen höheren Verschleiß ihrer Teile verursachen kann.

Die zentrale Herausforderung besteht also darin, die Turbinen innerhalb eines verfügbaren Bereichs so zu plazieren, daß der Einfluß einer jeden Turbine auf die Fähigkeit der anderen, Strom zu produzieren, möglichst minimiert wird. Gleichzeitig sollen auch die Kosten der Infrastruktur wie der Elektrokabel so gering wie möglich gehalten werden, weshalb man die Turbinen innerhalb der Einschränkungen des Wake-Effekts möglichst nah beieinander errichtet.

Bislang müssen sich Windparkmanager auf mathematische Formeln, Windkanalversuche und Computermodellierungen verlassen, um die Standorte der einzelnen Windenergieanlagen zu bestimmen, obwohl ein Windkanal die komplizierte Verhaltensweise des Windes auf einem wirklichen Grundstück nicht erfassen kann.

Die ETH-Spezialisten entwickeln daher eine neuartige Drohne mit einer Reihe von Sensoren, die auf komplexen Terrains präzise Felddaten und sammeln und die Luftströme in einzelnen Windparks registrieren können. Mit diesen Messungen soll die Entwicklung von Simulationswerkzeugen beschleunigt werden, die zur Optimierung der Plazierung von Windenergieanlagen genutzt werden können.

Im gegenwärtigen Stadium arbeitet die Drohne als schnell reagierende aerodynamische Sonde mit sieben Sensoren, die zeitaufgelöste Windmessungen machen kann. Sie basiert auf einer Meßtechnik, die ursprünglich ebenfalls an der ETH entwickelt wurde und auch schon in konventionellen Kraftwerken eingesetzt wurde. In einem nächsten sollen gleich mehrere instrumentierte Drohnen getestet werden, die in einem Schwarm fliegen, um gleichzeitige Messungen zu machen.

Schon im März 2015 wird über einen Roboter zur Inspektionen von Fassaden und tragenden Baustrukturen berichtet, was gerade bei älteren Gebäuden immer wichtiger wird. Speziell für die Fassadeninspektion sind bereits einige Roboter entwickelt worden, die selbständig senkrechte Wände hinaufklettern und diese mit Kameras und Sensoren überprüfen. Bei den Kletterstrategien, die zu den jeweiligen Oberflächen passen müssen, werden meistens Vakuum-Sauger, Magnete oder Adhäsionsfüße verwendet, die denen des Geckos nachempfunden sind.

Doch unabhängig von der Methode reicht bereits ein einfacher Fehler, wie ein Wechsel der Oberfläche oder Ausfall der Haftmechanismen, um einen Totalverlust des Roboters samt Instrumenten zu erleiden, wenn die Schwerkraft ihre Tribut fordert. Alternativ muß die Infrastruktur an der Wand installiert werden, um den Roboter zu verwenden, was das Äußere der Struktur beschädigen kann.

Prof. Hyun Myung und seine Gruppe vom Urban Robotics Lab des KAIST in Südkorea verfolgen daher einen völlig neuen Ansatz: Ihr Wandkletter-Roboter ist flugfähig und gegen Abstürze immun. Im Normalbetrieb fährt der Quadrokopter auf Rädern die Wand entlang und inspiziert sie z.B. auf Risse. Dabei wird er von den Rotoren an die Oberfläche gedrückt. Bei Störungen geht er in einfach den Schwebeflug über und landet sicher auf dem Boden.

Die Flugfähigkeit des Climbing Aerial RObot System (CAROS), bietet zudem den Vorteil, daß die Klettermaschine nicht immer vom Erdgeschoß in den Inspektionsbereich, z.B. in der Gebäudemitte, hinaufklettern muß, sondern direkt das Arbeitsgebiet anfliegen und inspizieren kann. Experimente mit einem Prototyp sollen erfolgreich verlaufen sein.

Im Januar 2016 gibt es ein Update des Projektes: Nun wird die Entwicklung als Feuerlöschdrohne mit dem Namen Fireproof Aerial Robot System (FAROS) bekannt gemacht, die nicht nur in den höchsten Wolkenkratzern Brände entdecken, sondern auch ein verschlungenes Gebäude durchsuchen und Daten in Echtzeit an die Feuerwehrleute übertragen kann. Das Gerät hast sich aber auch gemausert.

Mit der Fähigkeit, über Wände zu rollen oder zu fliegen, kann FAROS einen 2D-Laserscanner, einen Höhenmesser und einen Massenträgheit-Sensor einsetzen, um autonom durch ein Gebäude zu navigieren. Da das UAV zudem mit Aramidfasern beschichtet ist, wird die empfindliche Elektronik vor Flammen und Hitzeeinwirkung geschützt. Dabei hält das Gerät eine Hitze von bis zu 1.000°C über eine Minute lang aus.

Unter der Aramidfaser-basierten Rüstung befinden sich eine Pufferluftschicht und ein Kühlsystem auf der Basis eines Peltierelements, das dazu beiträgt, die Luftschicht in einem bestimmten Temperaturbereich zu halten. Um die Leistung des feuerfesten Designs zu verbessern, arbeitet das Forschungsteam an besonders robusten 2D-Laserscannern und Wärmebildkameras, die stärker exponiert sind – aber Gegenstände und Personen erkennen und sogar den Brandherd des Feuers lokalisieren können.

Wenn die obige GimBall/Elios-Drohne ein Beispiel für den Wechsel einer Drohne vom Bereich der Katastrophenhilfe in den der Industrie ist – dann symbolisiert die Kletterdrohne des KAIST einen Wechsel vom industriellen Produkt zu einem der Lebensrettung.

Ein ähnliches System ist der an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich entwickelte VertiGo, der im weiteren Verlauf dieser Übersicht noch präsentiert wird (s.u.). Im Dezember 2017 wird in den Blogs zudem das Design eines bemannten Geräts namens Ventooz gezeigt, das dem Versuchs-Roboter des KAIST ähnelt und für die Wandkletterei bei hohen Geschwindigkeiten entwickelt wurde. Mehr über diese Arbeit des Designers Juan Garcia Mansilla findet sich unter den personentragenden Fluggeräten.

Doch zurück zu den Bauprojekten selbst. Experten zufolge würden bereits heute die meisten fortschrittlichen Projekte mit Hilfe von Drohnen realisiert, und es wird erwartet, daß sie in diesem Marktsegment schon bald zu einer Mainstream-Technologie werden. Sind die Arbeiten erst einmal im Gange sind, kann ein Baustellenleiter Drohnenaufnahmen verwenden, um Strukturen zu kontrollieren und die Sicherheit der Mitarbeiter auch in entfernteren Stellen überwachen.

Die Drohnen können ebenso benutzt werden, um die Baustelle schnell und mit großer Genauigkeit zu vermessen und Karten zu erstellen, aktuelle Aufnahmen können an Kunden gesendet werden, um zu zeigen, wie die Arbeit voranschreitet. Und weil die Drohne ferngesteuert betrieben wird, kann der Manager dies alles von einer anderen Baustelle aus tun, was dem Unternehmen Zeit und Geld spart.

Als Beispiel sei die Baustelle des Stadions der Sacramento Kings in Kalifornien genannt, wo Drohnen mehrmals täglich patrouillieren und ein 3D-Modell des Baufläche erstellen. Dieses wird dann von den Ingenieuren der federführenden Konstruktionsfirma Turner Construction analysiert, um die Bereiche zu kennzeichnen, die hinter dem Zeitplan liegen.

Die Videos werden von der Drohnen-Betreibergesellschaft ImageInFlight gemacht und anschließend von einer Software bearbeitet, die von Prof. Mani Golparvar-Fard und seinen Kollegen an der University of Illinois entwickelt worden war. Mit dieser läßt sich z.B. auch zeigen, wie die verschiedenen Teams von Bauarbeitern zusammenwirken. Die Software wird auch bei einem Hochhausbau in Arizona eingesetzt, ebenso wie von der Taisei, einer großen Baufirma in Japan.

Das Team der Universität testet derzeit ein System, welches es Drohnen ermöglicht, Kameras an bestimmten Standorten auf einer Baustelle zu befestigen, so daß die dortigen Aktivitäten kontinuierlich überwacht werden können. Um die Aktivitäten der Arbeitnehmer in Form von Videomaterial zu kategorisieren, verwenden die Wissenschaftler bei ihren Experimenten eine Crowdsourcing-Plattform. Ein Bauleiter kann dann sehen, wie die verschiedenen Aufgaben insgesamt durchgeführt werden, und wie viel Zeit der einzelne für den jeweiligen Job benötigt.

Im Oktober 2015 wird bekannt, daß die bereits 1978 mit Hauptsitz im kalifornischen Sunnyvale gegründete Firma Trimble Navigation, ein Anbieter geodätischer Systeme, seit jüngstem auch Bauplatz-Vorab-Begutachtungen und -vermessungen mit seiner Hightech-Drohne UX5 anbietet. Mit dieser Technologie wird die Arbeit einer Woche an einem Tag erledigt.

Der Benutzer zeichnet auf einem Tablet-Computer mit einer Google Earth-Karte eine Rechteckform über den Bereich, den er kartiert haben möchte, worauf der Computer einen Flugplan festlegt, der dann in die UX5 hochgeladen wird. die Drohne überfliegt den betreffenden Bereich mit 80 km/h, während sie Fotos macht und GPS nutzt, um die genauen Positionen zum Zeitpunkt der Aufnahmen festzuhalten.

Ein 20-minütiger Flug kann etwa 800 Bilder generieren und viele Hektar Land abdecken. Damit die Bilder anschließend von einer Software zu hochgenauen Karten verarbeitet werden, müssen sich um etwa 80 % überschneiden. Trimble ist übrigens eines der ersten Unternehmen in den USA, welche die Section 333 Ausnahmegenehmigungen der FAA erhalten.

Ebenfalls im Bausektor angesiedelt ist ein Forschungsprojekt der University of Leeds, wo Wissenschaftler um Prof. Phil Purnell an dem übergeordneten Ziel arbeiten, sogenannte selbstreparierende Städte einzuführen. Die Idee hinter dem Projekt, das im Oktober 2015 in der Fachpresse erscheint, besteht darin, eine Armee von kleinen Drohnen zu entwickeln, die Probleme bei der Infrastruktur – z.B. Schlaglöcher – erkennen, sobald diese auftreten. Damit soll verhindert werden, daß sie zu störenden Baustellen oder anderen größeren Reparatur-Projekten auswachsen.

Auch der eigentlich simple Vorgang, die Glühbirne einer Straßenlaterne auszuwechseln, nimmt momentan viel Zeit und Aufwand in Anspruch – denn der Techniker muß mit einem großen Fahrzeug anrücken, um dann in der Höhe die neue Birne einsetzen zu können. Bei den immer öfter zum Einsatz kommenden LED-Lampen muß der Austausch zwar seltener vorgenommen werden, das grundlegende Problem bleibt aber bestehen. Die Alternative der Leeds-Forscher sieht auch hier eine Flotte von Drohnen vor, die kaputte Lampen automatisch wieder funktionsfähig machen soll.

Das von der Stadt Leeds mit 4,2 Mio. £ geförderte Konzept hat dabei zwei Vorteile: Erstens müssen die Techniker nicht jedes Mal mit schwerem Gerät ausrücken, was Zeit und Geld  spart. Zudem werden Fehlfunktionen frühzeitig erkannt, während es aktuell einige Zeit in Anspruch nehmen kann, bis die Information über eine kaputte Straßenlaterne oder ein gefährliches Schlagloch die Stadtverwaltung erreicht. Und auch unterirdische Rohre sollen so überwacht und gegebenenfalls früh ausgebessert werden.

Das Ziel der Wissenschaftler ist es nun, drei verschiedene Roboterdrohnen zu entwickeln. Die erste übernimmt die Reparatur der Straßenlaternen, die zweite kümmert sich um Schlaglöcher und ähnliche Probleme, während die dritte Drohnenvariante unterirdisch aktiv ist und Rohre und Kanäle nach Problemstellen absucht. Wann es allerdings tatsächlich soweit ist und die ersten Straßenlaternen von Drohnen wieder zum Leuchten gebracht werden, läßt sich momentan noch nicht abschätzen. Die Roboter sollen jedenfalls schon im kommenden Jahr für Tests bereit sein.

Die im November 2015 von Jorge Gomez und Juan Francisco Díaz Bejarano gegründete Firma CANARD Drones SL mit Sitz in Madrid, Spanien, bietet ein ganz spezielle Drohnen-Dienstleistung im Infrastruktursektor an: die zu 100 % genaue Inspektionen und vollautomatische Kalibrierung von Landebahn-Beleuchtungsanlagen (Flughafenbefeuerung), wie dem PAPI-System (Präzisions-Anflug Gleitwinkelbefeuerung).

Die CANARD-Lösung mit UAVs bietet eine schnelle, genaue und sichere Alternative zum derzeitigen Ansatz der Flughäfen. Bei Installation verschiedener Sensoren und Kameras kann das CANARD-System aber auch zur Inspektion von Industrieanlagen eingesetzt werden, z.B. bei der Beleuchtungsinspektion, Korrosionsdetektion, Luftqualitätsmessung etc.

Im Oktober erhält die Firma 50.000 $ aus dem FIWARE Accelerator Programme, im Dezember weitere 50.000 $ von der European Space Ageny BIC, und im April 2016 kommen nochmals 15.000 $ vom Startup Bootcamp Amsterdam dazu. Ein Prototyp sei bereit, doch über eine Umsetzung ist bislang nichts bekannt.

Ein ebenfalls sehr spezieller Einsatzbereich ist die Inspektionen von Kraftwerken bei extremer Hitze. Hierfür startet der Energiespeicher-Lösungsanbieter AES Corp. im November 2016 einen offenen Innovationswettbewerb, der darauf abzielt, die Sicherheit und die Verfügbarkeit derartiger Einsätze zu erhöhen. Bislang müssen die Arbeiter bei Systemfehlern, welche die Stromerzeugung stoppen, warten, bis die Temperatur der Ausrüstung ein ausreichend niedriges Niveau erreicht, bevor sie die Räume zur Inspektion und Reparatur betreten können.

Die AES sucht daher nach innovativen Drohnen und Roboterlösungen, die extremer Hitze widerstehen, um Inspektionsarbeiten schneller durchführen zu können, ohne die Arbeiter zu gefährden. Die drei Gewinner sollen im Juli 2017 auf dem globalen Innovationskongreß der AES benannt und ausgezeichnet werden.

 

Ein weiteres, neues Geschäftsfeld sind Internet-Drohnen, die Menschen in Ländern mit schlechter technischer Infrastruktur Zugang zum weltweiten Netz ermöglichen sollen.

Facebook, das bei seinem Projekt internet.org mit Samsung, Nokia, Ericsson u.a. Kommunikationsunternehmen zusammenarbeitet, hatte im März des Vorjahres für rund 20 Mio $. den britischen Drohnenentwickler Ascenta Aerospace übernommen, der solarbetriebene Drohnen entwickelt.

Im März 2015 wird bekanntgegeben, daß eine kleine Version der Drohne erfolgreich ihren ersten neunzigminütigen Test absolviert hätte, einen Rundflug über Großbritannien.

Auf der Konferenz Social Good Summit in New York im September vergangenen Jahres hatten die Entwickler des Facebook Connectivity Lab noch über die Schwierigkeiten mit der Stromversorgung der solarbetriebenen Drohnen geklagt, die monatelang in der Luft bleiben sollen, ohne zwischendurch landen zu müssen. Dabei soll die Endvariante der Drohnen mit Carbonrahmen zehnmal so groß sein und mit einer Spannweite von 42 m etwa der einer Boeing 737 entsprechen, dabei mit knapp 400 kg aber weniger wiegen als ein Kleinwagen.

Erste Tests mit den großen Flugzeugen sollen schon im Sommer starten. Von diesen werden den Plänen gemäß 1.000 Stück in einer Höhe von 18.000 – 27.000 m kreisen, um dem Flugverkehr aus dem Weg zu gehen und das Wetter zu überfliegen. Die Internet-Verbindungen sollen mittels fortschrittlicher Laser-Kommunikationssysteme erfolgen.

Ende Juni 2016 kommt dann erstmals eine der inzwischen Aquila genannten Drohnen in voller Größe zum Einsatz, die während des ersten Testflugs auf einem militärischen Testgelände in der Wüste Yuma in Arizona eine Geschwindigkeit von 40 km/h erreicht, etwa die Hälfte der später einmal geplanten Höchstgeschwindigkeit. Zum Start wird die Drohne auf ein fahrbares Gestell geschnallt, mit dem sie auf ihre Abhebegeschwindigkeit beschleunigt wird, bevor sie sich mittels ihrer vier Elektromotoren immer weiter in die Höhe hinauf schraubt.

Der spätere Jungfernflug Mitte Juli verläuft hingegen sehr erfolgreich. Besonders zufrieden sind die Techniker, weil die Drohne – nachdem sie von einem Heliumballon hochgezogen wurde – mit exakt 96 Minuten Flugzeit etwa dreimal so lange in der Luft blieb wie ursprünglich geplant.  Aquila erreicht dabei eine Reiseflughöhe von gut 650 m und verbraucht 2 kWh Strom.

Im November erscheinen Berichte darüber, daß der erste Testflug der Aquila doch nicht ganz so erfolgreich war, wie das Unternehmens damals behauptet hatte, denn die US-Flugsicherheitsbehörde National Transportation Safety Board (NTSB) untersucht inzwischen einen Zwischenfall bei der Landung, den sie als Unfall einstuft.

Dem einen Monat später erscheinenden NTSB-Bericht ist zu entnehmen, daß das Problem entstand, als fünf Sekunden vor der Landung eine unerwartete Windböe die Drohne über die Landebahn hebt – und der Autopilot nicht in der Lage ist, dies zu korrigieren, was einen erheblichen Schaden am rechten Flügel der Drohne verursacht.

Das Unternehmen arbeitet nun an einer Aquila der zweiten Generation, das einen Spoiler oder eine Bremsklappe für steilere, langsamere Landungen sowie einen besseren Autopiloten bekommen soll.

Übrigens erleidet auch Facebooks alternativer Ansatz, Satelliten zur Internetversorgung entlegener Gebiete einzusetzen, Anfang September 2016 einen herben Rückschlag, als der erste Satellit des Onlinenetzwerks bei der Explosion einer Falcon 9 Startrakete von SpaceX zerstört wird – ausgerechnet während eines Routinetests der Triebwerke.

Im Juni 2017 wird gemeldet, daß der zweite Flugtest einer Aquila durch einen gelungenen Start und eine erfolgreiche Landung geglänzt habe. Dabei stieg die Drohne auf eine Höhe von 914 m und schwebte für eine Stunde und 46 Minuten durch den Himmel von Arizona, bevor sie auf einer geglätteten Kieslandebahn wieder aufsetzte.

Laut Facebook ging es bei diesem zweiten Flug nur um Daten, die dabei helfen sollen, die aerodynamischen Modelle zu verfeinern, um das Flugzeug, das gegenwärtig so viel Energie wie drei Föhne verbraucht, noch energieeffizienter zu machen. Zu den weiteren Upgrades gehören auch neue Sensoren, Updates der Autopilot-Software, eine glattere Oberfläche und ein horizontaler Propellerstoppmechanismus, um bei Landungen zu helfen.

Daneben arbeitet Facebook an einem laserbasierten Kommunikationssystem, um Informationen zwischen den einzelnen Aquila-Drohnen zu übertragen und ein Internet-Signal weit abzustrahlen, mit dem Geschwindigkeiten von bis zu 10 Gbit/s möglich sein sollen.

Im Juni 2018 gibt Facebook allerdings bekannt, daß das Projekt Aquila eingestellt und das Werk in Bridgewater geschlossen wird. Der Grund liegt in der mittlerweile großen Konkurrenz durch mehrere namhafte Aerospace-Unternehmen. Facebook, das zwar weiterhin an der Entwicklung von Höhenplattformen und  Flugsteuerungscomputern mitwirken möchte, hatte aber auch nur 16 Personen für die Konstruktion und Wartung des Flugzeugs eingesetzt, was einen gewissen Mangel an Realismus hinsichtlich der für den Einstieg in die Luft- und Raumfahrt erforderlichen Investitionen erkennen läßt.

An einem ähnlichen Internet-Solardrohnen-Konzept arbeitet auch die Google-Mutter Alphabet Inc., ich hatte im August 2013 über den Beginn dieser Entwicklung berichtet (s.d.).

Googles Projekt mit dem Codenamen Skybender (o. Sunbender) basiert auf einer Technologie, die potentiell 40 mal schnelleres Internet bereitstellen kann als 4G. Weil sie zur Übertragung Millimeterwellen verwendet, konkurriert sie auch nicht mit Mobilfunkfrequenzen um Bandbreite. Dafür hat das 5G-Signal aber nur ein Zehntel der Reichweite von 4G. Im Sommer 2014 werden verschiedene Prototyp-Transceiver aufgebaut und mit mehreren Drohnen geprüft.

Doch auch das Projekt Titan (nicht zu verwechseln mit Apples gleichnamigen Projekt, ein selbstfahrendes Auto zu entwickeln) hat mit einigen Schwierigkeiten zu kämpfen. Im Mai 2015 stürzt ein Prototyp der Solara 50 Drohne schon kurz nach dem Start in New Mexico ab.

Der Internetkonzern nutzt für seine Versuche den Spaceport America, von wo u.a. die Raketen privater Raumfahrtunternehmen wie SpaceX starten, wobei es für die Nutzung eines Hangars in dem glamourösen, von Norman Foster für Virgin Galactic Spaceflights entworfenen Space-Terminal 1.000 $ pro Tag bezahlt. Über den weiteren Zeitplan des Projekts ist bislang nichts bekannt, außer, daß Google die FCC-Erlaubnis hat, seine Experimente in New Mexico bis Juli 2016 fortzusetzen.

Anfang 2017 ist dann allerdings zu erfahren, daß das X research lab von Alphabet das Projekt abgebrochen hätte – wegen der großen wirtschaftlichen und technischen Herausforderungen und weil es als weniger erfolgversprechend gehalten wird als der konkurrierende Versuch mit leichten Wetterballons (über dieses Project Loon berichte ausführlich ich im Kapitelteil Solar-Ballone und Solar-Luftschiffe). Die Entscheidung dazu sei schon Anfang 2016 gefallen, wird aber erst jetzt öffentlich bekanntgegeben. Auch das 2014 erworbene Unternehmen Titan Aerospace, das die solarbetriebene Drohne gebaut hat, wird abgewickelt.

Einen weiteren Ansatz bei X, der unter dem Projektnamen Wing bekannt ist, hatte ich bereits im August 2014 präsentiert. Das es sich hierbei um Liefer-Drohnen handelt, werde ich erst weiter unten auf den aktuellen Stand zu sprechen kommen.

In Bezug auf die o.g. Millimeterwellentechnologie ist Google nicht die erste Organisation, welche diese mit Dronen verbindet. Im März 2014 hatte die DARPA die Phase 2 eines Programms namens Mobile Hotspots gestartet, bei dem eine Flotte von Drohnen Truppen in entlegenen Gebieten ein Gigabit pro Sekunde zur Verfügung stellen sollen.

Da dabei aber SRQ-7 Shadow UAVs zum Einsatz kommen sollen, die von einem handelsüblichen, benzingetriebenen Wankelmotor und fossilen Brennstoffen angetrieben werden, erfolgt hier keine weitere Berichterstattung darüber.

Im Juni 2016 wird bekannt, daß nun auch der US-amerikanische Telekommunikationskonzern Verizon Communications Inc. Versuche mit Drohnen als fliegende Mobilfunktürme durchführt, um Lücken in der Internetabdeckung zu schließen – ganz ähnlich wie es Facebook mit seinen Aquila-Drohnen erhofft. Verizon nennt seine Initiative, an deren Vorbereitung seit zwei Jahren gearbeitet wird, Airborne LTE Operations (ALO).

Hierzu tut sich Verizon mit der 2002 gegründeten Firma American Aerospace Technologies Inc. (AATI) aus Mountain View, Kalifornien, zusammen und testet in einer simulierten Mission in New Jersey eine Drohne mit einer Spannbreite von 5,2 m. Den Spezifikationen von Flugzeiten bis zu 20 Stunden zufolge scheint es sich dabei jedoch um ein mit Brennstoff betriebenes Fluggerät zu handeln, weshalb die Sache hier nicht weiter verfolgt wird.

Verizon zufolge handelt es sich dabei nur einen von einer Reihe technischer Versuche handelt, die im ganzen Land durchgeführt worden sind, wobei sowohl unbemannte als auch bemannte Flugzeuge eingesetzt wurden. Die Firma stellt sich aber auch vor, da die Luftfahrzeuge verwendet werden, um Getreide zu kontrollieren, Inspektionen von Pipelines und Hochspannungsleitungen durchzuführen und die Ausdehnung von Bedrohungen wie Waldbränden und Tornados zu überwachen.

Es ist daher nicht verwunderlich zu erfahren, daß Verizon bereits 2015 in die Drohnen-Dienstleistungsfirma Skyward investiert hat, und im Jahr 2016 auch in PrecisionHawk, ein Unternehmen zur Luftdatenanalyse. Im Februar 2017 wird Skyward komplett von Verizon übernommen.

Über den SolarEagle von Boeing hatte ich bereits im September 2010 berichtet (s.d.), doch die Arbeiten daran wurden 2012 eingestellt. Nun, im Juni 2016, wird bekannt, daß das US-Unternehmen im Vormonat ein vielversprechendes Konzept zum Patent angemeldet hat (US-Nr. 20160144969). Einer der Erfinder ist Blaine Rawdon, der in solarbetriebene Flugzeugprojekte involviert war, die bis zum Gossamer Penguin im Jahr 1980 zurückreichen. Sein Miterfinder ist Aaron Kutzmann, der eine lange Liste von Patenten für Geräte wie z.B. mehrstufige Raumtraktoren, Raketenmotoren und Solarflugzeuge sein eigen nennt.

Der neue, bislang nicht benannte Flugkörper der Boeing Phantom Works in Kalifornien sieht aus wie ein großes, langgestrecktes U, dessen Tragflächen ebenso wie die beiden übergroßen Winglets mit Solarzellen bedeckt sind. Diese sorgen dafür, daß das 10-motorige Elektroflugzeug, wenn es einmal am Himmel ist, für Jahre oben bleiben kann.

Es sind eben diese Solarzellen-Winglets, die laut Boeing den Unterschied machen – sie können nämlich die Sonne auch noch von schrägeren Winkeln aus aufnehmen als bisher möglich. Es ist schließlich wünschenswert, die Sonne für relativ wenige Stunden am Tag auch von sehr niedrigen Winkeln aus einzufangen, was besonders für Flugzeuge in nördlichen Breitengraden im Winter wichtig ist.

Ob Boeing das unbemannte Solarflugzeug jemals wirklich bauen wird, ist nicht sicher. Sicher ist dagegen, daß Unternehmen wie Google und Facebook nur darauf warten, daß diese Technologie machbar wird.

 

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