TEIL C

Elektro- und SolarfluggerÄte

2023 (B)

Neue Einsatzbereiche

Bereits im Januar werden zwei interessante neue Einsatzbereiche für Drohnen vorgestellt - als Lautsprecher und als Klimagerät.

Die bekannte japanische Hersteller von elektronischen Musikinstrumenten, Studiotechnik und Software Roland zeigt auf der CES 2023 zu seinem 50. Jubiläum ein Konzeptpiano, das ein absolutes Kunstwerk darstellt und sogar einen großen, im Deckel versteckten Bildschirm für die Anzeige von Noten und den Klavierunterricht enthält. Das Designstück mit einem einteiligen, geformten Holzkörper ist in Zusammenarbeit mit dem japanischen Möbelhersteller Karimoku entwickelt und aus japanischer Eiche gefertigt worden.

Das 50th Anniversary Concept Model Piano besitzt ein Array aus 14 Lautsprechern im Klavier selbst, sowie vier Drohnen-Lautsprecher, die mit einer passenden Holzoberfläche versehen sind und buchstäblich um das Digitalpiano herum schweben. Sie können so positioniert werden, daß sie den Klang in jede Richtung abstrahlen. Die Drohnen arbeiten über einen Kommunikationskanal mit geringer Latenz, so daß ihr Klang mit den Klängen der Lautsprecher des Klaviers synchronisiert wird.

Die futuristische Idee mag zwar umsetzbar sein, aber wohl erst, wenn es auch Drohnen ohne das deutliche und konstante Sirren elektrischer Motoren gibt. Das deckt sich mit der Information, daß Roland bislang nicht vor hat, das Klavier den Verbrauchern anzubieten.

Das zweite Konzept namens Drone AC (o. Drone Air Conditioner), das für zehn Jahre in der Zukunft entwickelt wurde, stammt von der türkischstämmigen Produkt- und Industriedesignerin Miray Özlem Er aus Italien, fliegt durch den Raum, bläst heiße oder kalte Luft aus und verbreitet auf Wunsch auch angenehme Düfte.

Da verschiedene Menschen unterschiedliche Bedürfnisse und Toleranzen für die Temperatur haben, ist die Indoor-Drohne mit Wärmekameras ausgestattet, welche die Körper anwesender Personen abtasten, um dann heiße oder kalte Luft in ihre Richtung zu blasen und die Körpertemperatur auf ein angenehmeres Niveau anzuheben oder zu senken. Die meisten dieser Funktionen sind automatisiert und werden durch eine Kombination aus Sensoren und Algorithmen gesteuert.

Bevor der Akku leer ist, fliegt die mit vier Propellern bestückte Drohne zurück zu ihrem an der Wand montierten Dock, um sich aufzuladen. Der einzige manuelle Eingriff, den ein Mensch vornehmen muß, ist das Einfüllen von Wasser zur Kühlung der Luft. Doch auch dieses Konzept kann wohl erst dann umgesetzt werden, wenn es lautlose Propeller gibt.

Ebenfalls im Januar wird in den Blogs eine neue Drohne präsentiert, die dabei helfen soll, DNA von hohen Ästen zu sammeln, um zu erfahren, welche Tiere es an einem bestimmten Ort gibt. Die Grundlage dafür ist das genetische Material, das von Tieren im Laufe ihres Lebens über Fäkalien, tote Haut, Federn, Abfälle, Flüssigkeiten u.a. in die Umwelt abgeben wird. Indem festgestellt wird, welche Arten dieser externen oder Umwelt-DNA (environmental DNA, eDNA) in Wasser-, Boden- oder Luftproben vorhanden sind, können Wissenschaftler feststellen, welche Lebewesen in der Region vorkommen.

Genetisches Material aus der Luft bleibt natürlich nicht ewig in der Luft - nach einer Weile setzt es sich auf Oberflächen wie Ästen ab. Das Sammeln von eDNA von Ästen, die sich hoch oben in den Baumkronen befinden, ist jedoch ziemlich mühsam und zeitaufwendig.

An dieser Stelle kommt die eDrone ins Spiel, die von Wissenschaftlern der ETH Zürich, der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL und dem französischen eDNA-Technologieunternehmen Spygen entwickelt wurde.

Die Drohne hat einen handgefertigten Holzrahmen und besitzt eine Kunststoffabschirmung, um die Rotoren im Inneren zu schützen. Zudem ist sie mit ,befeuchteter Baumwolle’ ausgestattet, die ähnlich wie ein Klebeband auf die Äste von Bäumen gepreßt werden kann, um die Materialien der Oberfläche aufzusammeln. Mit Hilfe einer Tiefenerkennungskamera und anderer Sensoren fliegt sie autonom zu einem Zielast, landet dort und drückt ihre Unterseite in die Blätter (oder Nadeln). Dabei bleibt jegliches genetische Material, das sich auf dem Ast befindet, an den Klebestreifen haften. Um eine stabile Landung durchzuführen, bei der weder zu viel noch zu wenig Druck ausgeübt wird, ermitteln Kraftsensoren die ,Nachgiebigkeit’ des Zweiges. Nach Abschluß der Probenahme fliegt die eDrone dann von selbst zum Boden zurück.

Bei den bisherigen Tests wurde das Flugzeug bei sieben Baumarten eingesetzt, von denen es die eDNA von 21 verschiedenen Organismengruppen sammelte. Es wird nun für den Einsatz in einem internationalen Wettbewerb vorbereitet, bei dem die Teams 24 Stunden Zeit haben werden, um in einem 40 Hektar großen Regenwald in Singapur so viele Arten wie möglich zu entdecken.

Im Februar 2023 kommt das Thema Tierschutz erneut in die Presse, als das Bundeslandwirtschaftsministerium bekannt gibt, daß es in diesem Jahr 2 Mio. € zur Rettung von Rehkitzen vor Mähwerken zur Verfügung stellen wird. Damit wird ein Programm verlängert, das bereits in den vergangenen beiden Jahren aufgelegt wurde, aber nur jeweils auf ein Jahr befristet war.

Mit dem Geld sollen Drohnen bezuschußt werden, die dabei helfen, die Tiere in Feldern und Wiesen vor dem Abmähen aufzuspüren und so vor den tödlichen Erntemaschinen bewahren, die in jeder Erntesaison Tausenden Rehkitze das Leben kosten. Da moderne, mit Wärmebildkameras ausgestattete Drohnen mit Abstand als das effektivste Mittel gelten, um den Wildnachwuchs vor den Mähwerken zu retten, sollen die Fluggeräte künftig flächendeckender zum Einsatz kommen.

Die aktuelle Förderquote beträgt 60 % der Anschaffungskosten einer Drohne, höchstens aber 4.000 €. Antragsberechtigt sind Jagdvereine und Jägervereinigungen oder andere Organisationen auf Kreisebene, die sich der Pflege der Wildbestände und der Rettung des Nachwuchses verschrieben haben.

Ebenfalls in diesem Monat werden Sprühdrohnen zum Ausbringen von Herbiziden, Pestiziden, Fungiziden und Düngemitteln in der Landwirtschaft thematisiert, wie sie bereits von mehreren Herstellern angeboten werden.

Im Zuge der Berichterstattung werden auch Umfragen erwähnt, die in den Jahren 2017 und 2018 durchgeführt wurden. Demnach setzten damals bereits 63 % bzw. 75 % der Landwirte in den USA Drohnen ein oder planen dies. Aktuelle Statistiken deuten darauf hin, daß die derzeitige Nutzung nahezu bei 100 % liegt. Der Großteil dieser Nutzung entfällt allerdings auf Vermessungsdrohnen, und zwar in der Regel auf Starrflüglerdrohnen, wie sie in den bisherigen Jahresübersichten schon mehrfach vorgestellt wurden.

Als Beispiel für den Stand der Technik bei den Sprühdrohnen wird die US-Firma Hylio Inc. erwähnt, die uns mit ihrer Zustellungs-Drohne Pegasus bereits in der Jahresübersicht 2016 begegnet ist. Zwei der gegenwärtig größten Drohnen des Unternehmens, die AG-272 mit einem Durchmesser von 4,2 m, kosten etwa 200.000 $, können zusammen 180 kg landwirtschaftliche Betriebsmittel transportieren und an einem Tag so viel Fläche abdecken wie ein moderner Sprühtraktor im Wert von 700.000 $. Zudem sind die Betriebskosten der elektrischen Drohnen weitaus geringer als die von dieselbetriebenen Traktoren.

Eine weitere Drohne zum Besprühen von Nutzpflanzen ist die Guardian SC1 eVTOL der 2017 gegründeten Firma Guardian Agriculture, die im April die Genehmigung der US-Luftfahrtbehörde FAA für den landesweiten Betrieb erhält und damit das erste kommerziell zugelassene eVTOL ist, das in den USA eingesetzt werden darf.

Mit einer Batteriekapazität von 9,1 kWh und vier 180 cm durchmessenden Propellern, die von einem 40-PS-Antriebsstrang angetrieben werden, kann die Elektrodrohne mit ihren vollständig autonomen Fähigkeiten pro Stunde eine Fläche von 16 Hektar  abdecken. Die Preise für die Systeme beginnen bei 119.000 $, und das Unternehmen hat nach eigenen Angaben bereits Kundenbestellungen im Wert von über 100 Mio. $ vorliegen. Die Auslieferung soll noch in diesem Jahr beginnen.

In diesem Zusammenhang ist auf Arbeiten der australischen Queensland University of Technology (QUT) hinzuweisen, deren Forscher mit Drohnen und Künstlicher Intelligenz Jagd auf invasive Pflanzen machen, die aus dem Ausland eingeschleppt worden sind und die einheimische Flora bedrohen. Vor allem geht es um den Breitblättrigen Pfeffer, einen in Südamerika heimischen Baum, der ursprünglich als Ziergehölz in Gärten angepflanzt wurde und sich massiv ausbreitet. Ähnliche Probleme hat aber auch Mitteleuropa, wo sich das drüsige Springkraut breitmacht, das selbst Bäumen gefährlich werden kann, oder der Riesenbärenklau, der massive Hautreizungen bei Menschen und Tieren hervorruft.

Die gefährlichen Pflanzen wachsen oft an unzugänglichen Stellen, so daß sie sich ungehindert ausbreiten können und zu einer immer größeren Gefahr werden. Nachdem ein Team um den QUT-Forscher Peter Cox den Prozeß abgeschlossen hat, Regionen mit Drohnen zu überfliegen, die im Verdacht stehen, den Breitblättrigen Pfeffer zu beherbergen, und dort alle Pflanzen zu fotografieren, entwickelt sein Kollege Fernando Vanegas Alvarez mit einem weiteren Team nun eine Bilderkennungs-Software auf KI-Basis, die den Pfefferbaum eindeutig identifiziert. Letztlich werden die Forscher Techniken entwickeln, um die gefährliche Pflanze zu bekämpfen.

In ähnlichem Kontext ist eine Meldung vom Juli 2023 einzuordnen, bei der es um Pflanzen in Gewächshäusern geht, die von fliegenden Insekten angegriffen werden. Hier soll ein System Abhilfe schaffen, bei dem winzige Drohnen diese Insekten in der Luft zerhacken. Das PATS genannte System - die  niederländische Bezeichnung für das Geräusch das entsteht, wenn man eine Mücke zwischen beiden Händen zerquetscht - von dem gleichnamigen Spin-off-Unternehmen der Technischen Universität Delft hergestellt und besteht aus zwei Teilen: PATS-C und PATS-X.

Die PATS-C-Komponente besteht aus mit dem Internet verbundenen Infrarot-Kameramodulen, die überall im Gewächshaus installiert sind. Mithilfe von KI-basierten Algorithmen erkennen und identifizieren diese Einheiten alle fliegenden Insekten, die in den Luftraum über den Pflanzen eindringen, und zwar anhand der Häufigkeit der Flügelschläge und der Größe. Stellt sich heraus, daß es sich um eine nützliche Art handelt, wie z.B. eine Biene, wird das Insekt in Ruhe gelassen. Handelt es sich jedoch um einen Schädling, dann kommt PATS-X ins Spiel.

PATS-X wiederum besteht aus einer oder mehreren kleinen Quadrokopter-Drohnen, die auf einer kabellosen Ladestation im Gewächshaus sitzen, wenn sie nicht gebraucht werden. Wird ein Schädling gesichtet, aktiviert PATS-C die Drohne, steuert sie zum Standort des Insekts und fliegt sie dann direkt in den Schädling hinein, den die Propeller zerhacken. Anschließend kehrt die Drohne zu ihrer Station zurück.

Eine Basisversion von PATS-C wird bereits in rund 250 Gewächshäusern in ganz Europa eingesetzt. Die Kunden werden über ein Online-Dashboard über die Insektenpopulationen in ihren Anlagen informiert. PATS-X befindet sich derzeit in der Erprobung und dürfte bis Ende dieses Jahres die ersten Kunden erreichen.

Im Juni 2023 endet das vom BMBF mit 2,63 Mio. € geförderte Projekt Projekt SORTIE, bei dem ein deutsch-indisches Projektkonsortium unter der Koordination der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg seit Anfang 2020 ein modulares Sensorsystem für Drohnen entwickelt hat, das die Suche nach Verschütteten erleichtert, indem das Trümmerfelder aus der Luft kartographiert und analysiert wird.

Entstanden sind dabei vier Module, die an einer Drohne befestigt werden können: ein Bioradar zur Erkennung von Atembewegungen verschütteter Personen, eine Handy-Ortung, eine Laser-Gasmessung zur Ferndetektion von explosiven Gasen wie Propan oder Methan sowie eine Analyse zur Bewertung der Stabilität von Trümmern. Die gesammelten Daten werden auf einem Endgerät mittels Algorithmen ausgewertet und für die Einsatzkräfte grafisch in einer dreidimensionalen Karte dargestellt.

Der Realeinsatz zum Projektabschluß auf dem Übungsgelände des Technischen Hilfswerks (THW) in Wesel, bei dem ein Erdbebenszenario mit mehreren verletzten Personen in einem Mischgebiet aus Wohnbebauung und Gewerbe simuliert wurde, zeigte nun, daß die Module die standardisierten Methoden der Einsatzkräfte effektiv ergänzen können. Sie erlauben den Such- und Rettungsmannschaften eine erste Erkundung des Gebietes, ohne daß sie sich selbst in Gefahr begeben müssen. Nun müssen weitere Forschungs- und Entwicklungsarbeiten durchgeführt werden, damit das Drohnensystem auch im realen Einsatz angewendet werden kann.

Hierzu paßt ein bereits im März erschienener Bericht über mit Mikrofon-Arrays ausgestattete Drohnen, die die Hilfeschreie und akustische Signale Hilfesuchender aus der Luft gezielt orten und den Bergungskräften die Standortdaten der Verletzten liefern können.

Um schnell große Gebiete mit zerstörter Infrastruktur zu überfliegen und Hilfesuchende zu orten, werden bereits Drohnen mit Tageslicht- und Wärmebildkameras an Bord eingesetzt, doch unter Trümmern eingeschlossene Opfer sind für diese Sensoren nicht sichtbar. Auch bei dickem Rauch, Nebel und Dunkelheit sind den Kameras Grenzen gesetzt.

Für diese Szenarien haben Forscher am Fraunhofer FKIE eine Lösung namens LUCY (Listening system Using a Crow’s nest arraY) entwickelt, die die Kameras um akustische Sensoren ergänzt. Dabei handelt es sich um ein sogenanntes Krähennest-Array aus robusten, winzigen MEMS-Mikrofonen, das an Drohnen montiert wird, um die Einfallsrichtung von Geräuschen wie Hilferufe, Klatschen oder Klopfsignale zu bestimmen.

Die in einer speziellen geometrischen Anordnung an der Unterseite der Drohne angebrachten Mikrofone können Schall aus allen Richtungen wahrnehmen. Da LUCY aktuell 48 Mikrofone umfaßt, die wie in der Abbildung angeordnet sind, kann die Richtung der Schallquelle präzise bestimmt werden, wobei die Anzahl der Mikrofone im Zuge weiterer Verbesserungen des Experimentalsystems künftig auf 256 Sensoren erweitert werden soll, die Signale in Echtzeit verarbeiten können.

Im Juni wird von Forschern der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) und des Imperial College London eine hitzeresistente Drohne vorgestellt, die bei einem Gebäude- oder Waldbrand den Gefahrenherd aus nächster Nähe analysieren kann. So können Feuerwehrleute die Strategie eines Hochrisiko-Einsatzes optimieren, bevor sie die Gefahrenzone betreten.

Drohnen werden bereits zur Brandbekämpfung eingesetzt, um Luftaufnahmen zu machen, Feuerlöschschläuche auf Hochhäuser zu heben oder Löschmittel abzuwerfen, allerdings immer nur in sicherer Entfernung zum Brandherd. Einige Beispiele sind in den bisherigen Jahresübersichten aufgeführt. Um darüber hinaus zu gehen, synthetisieren Kollegen des Empa ein Isolationsmaterial, das hohen Temperaturen standhält und so die Drohne feuerresistenter macht.

Als besonders gut geeignet erweist sich ein Aerogel auf Basis eines Polyimid-Kunststoffs, wie es auch von der NASA für die Isolation von Raumanzügen erforscht wird. Das aus Polyimid und Silica bestehende Kompositmaterial wird zudem mit Glasfasern verstärkt - wodurch die FireDrone zehn Minuten langTemperaturen bis zu 200°C aushält.

Bei ersten Tests des Prototyps in der Flugarena der Empa in Dübendorf erweisen sich die Flugeigenschaften und die Steuerbarkeit der rund 50 cm großen Drohne als hervorragend - und dies trotz einem zusätzlich eingebauten Kühlsystem sowie einer Aluminiumfolienverkleidung, um Wärme zu reflektieren. Die Feuerprobe besteht das Fluggerät dann in einem ,real-life Szenario’, bei dem die Drohnenpiloten das Gerät mitten in ein Gasfeuer steuern. Auch nach mehreren Testflügen bleiben die Elektronik, die Wärmebildkamera und die CO₂-Sensoren der FireDrone unbeschadet.

Die Drohne kann außerdem in extrem kalten Umgebungen, etwa in Polarregionen und auf Gletschern, eingesetzt werden, weshalb das Team in einem Gletschertunnel in der Schweiz entsprechende Tests durchführt, um zu untersuchen, wie sich das System bei sehr kalten Temperaturen verhält. Das Team um Mirko Kovac hatte übrigens 2010 einen von Insekten inspirierten Sitzmechanismus für Mikro-Luftfahrzeuge entwickelt, und 2022 mit einer 3D-Drucker-Drohne weitere Bekanntheit erlangt.

Passend an dieser Stelle ist ein Hinweis auf das Konzept eines Feuerwehrhelms, der mit winzigen Drohnen ausgestattet ist, die die Feuerwehrleute bei Such- und Rettungsaktionen leiten und unterstützen sollen. Die IU+ Design Co. Ltd. aus Shenzhen zeigt in diesem Jahr 2023 gleich mehrere Varianten, die umgehend mit iF AWARDS ausgezeichnet werden.

Neben dem Augmented-Reality-Feuerwehrhelm Pathfinder, der Evakuierungsrouten und Gefahren analysiert, um die Feuerwehrleute mit Informationen über das gesamte Gebäude zu versorgen, sie durch dichten Rauch zu führen, eingeschlossene Personen zu lokalisieren und alle schützen, und der unter dem Namen des Büros CMYK Design Lab in zwei verschiedenen Entwürfen erscheint, gibt es noch das Modell Warrior (o. Warrior Firefighting Helmet).

Während eine Version des Pathfinders von einem separaten UAV unterstützt wird, sind die Mini-Drohnen in den beiden anderen Fällen integrale Bestandteile des Helm und an beiden Seiten des Helms befestigt - solange bis sie losfliegen, um ihre Aufgaben zu erfüllen. Eine Kamera am Helm erkennt zudem die visuelle Umgebung, liefert klarere Bilder und verstärkt bei Bedarf Geräusche, damit die Feuerwehrleute bessere und sicherere Entscheidungen treffen können. Es werden leider keine technischen Details erwähnt - aber die Idee, und noch mehr eine mögliche zukünftige Umsetzung, sind in jedem Fall begrüßenswert.

Auch im Bereich der technischen und industriellen Inspektionen nimmt der Einsatz von Drohnen weiter zu. So startet der Hafen Antwerpen im Mai 2023 offiziell ein D-Hive drone-in-a-box genanntes Netz aus sechs autonomen Drohnen, die Kontrollflüge im Hafengebiet absolvieren werden, um einen Beitrag zur allgemeinen Sicherheit in der komplexen Hafenumgebung zu leisten, die mehr als 120 km² umfaßt und von dem System komplett abgedeckt wird. Die insgesamt 18 täglichen Drohnenflüge außerhalb der Sichtweite des Piloten (BVLOS) werden von einem zentral gelegenen Befehls- und Kontrollzentrum aus ferngesteuert.

Der Hafen will die Drohnen unter anderem für die Verwaltung der Liegeplätze, die Überwachung, die Inspektion der Infrastruktur, die Erkennung von Ölverschmutzungen und Treibgut sowie zur Unterstützung der Sicherheitsorgane bei Zwischenfällen einsetzen. Die Partner bei dieser weltweit erste Implementierung von BVLOS-Flügen dieser Größenordnung in einem komplexen industriellen Umfeld sind die Firmen DroneMatrix, Skeydrone und Proximus.

Die Betriebsgenehmigung für die Drohnenflüge, die zwei Monate zuvor erteilt wurde, basiert auf einem neuen BVLOS-Rahmen (bekannt als Vor-U-Space-Luftraum), der von Skeydrone entwickelt und von der Belgischen Zivilluftfahrtbehörde (BCAA) und der Europäischen Agentur für Flugsicherheit (EASA) genehmigt wurde.

Anfang Juni führt die Inspektionsstelle der Deutschen Windtechnik eine groß angelegte Offshore-Inspektion Windturbinen im Meereswindpark Butendiek mittels Drohnen durch, wobei der Einsatz die wiederkehrende Prüfung der Rotorblätter von 80 Siemens-Windenergieanlagen vom Typ SWT 3,6-120 umfaßt. Hierfür war eine Drohne vom Typ DJI M300 RTK mit einer individuellen Kamera- und Sensortechnik optimiert worden.

Der Ablauf des gesamten Inspektions-Verfahrens orientiert sich an den neuen Vorgaben des Bundesamtes für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH), die unter den Titel ,Anforderungen für Rotorblattprüfungen mittels fernoptischer Inspektionsverfahren & Konkretisierung der Prüfpflicht für den Rotorblattinnenraum und das Blitzschutzsystem’ veröffentlicht werden. Nach diesem Ansatz können jährlich 50 % der Anlagen eines Offshore-Windparks (OWP) mit Drohnen inspiziert werden.

Der Einsatz der Drohne im OWP Butendiek bestätigt, daß im Vergleich zur klassischen Seilzugangstechnik viel Zeit eingespart werden kann, was sich erheblich reduzierend auf die Stillstandszeiten der Anlagen während der Inspektionen ausgewirkt.

Passend dazu: Nachdem die Rotorblattinspektion inklusive Blitzschutzmessung mittels Drohne bereits im vergangenen Jahr durch den TÜV Nord erfolgreich validiert worden war, erhalten die Drohnen der ENERTRAG Betrieb - einem Tochterunternehmen von ENERTRAG - Anfang September 2023 die zweite Systemvalidierung durch den TÜV Rheinland. Die innovative Drohneninspektion war von der ENERTRAG und der Sulzer Schmid Laboratories A entwickelt und im Mai des Vorjahres auf den Markt gebracht worden.

Kernidee des Enertrag-Verfahrens ist die Messung eines elektrischen Feldes rund um die Rotorblätter. Mit einem an der Drohne montierten Sensor wird mit einem in der Nabe angeschlossenen Hochspannungsgenerator ein Blitzeinschlag nachgebildet, welcher mit 6.000 V Spannung viel genauer als bisherige Methoden ist. Das neue Verfahren kann Mikrobrüche und Korrosion im Blitzschutzsystem analog zu einem realen Blitzscheinschlag überspringen und zentimetergenau Unterbrechungen im Blitzschutzsystem detektieren.

Aufgrund der identischen Flugroute der Drohne kann die Inspektion einen erheblichen Beitrag dazu leisten, die Entstehung von Schäden in der Vergangenheit besser nachzuvollziehen und im Rahmen der vorausschauenden Wartung auch zukünftig zu prognostizieren. Das Wissen soll nun auch anderen Inspektionsfirmen in einem Lizenzmodell bereit gestellt werden.

Die Firma Shell inspiziert derweil Tanklager mit autonomen Drohnen des Darmstädter Start-Ups Energy Robotics, die automatisch aus ihrer Docking-Station zu Inspektionsflügen ausrücken. Mit der im August 2023 erhaltenden Genehmigung des Luftfahrtbundesamtes ist Shell nun der Regelbetrieb der Drohnen möglich – auch ohne direkten Sichtkontakt.

Während der vorher festgelegten Flugrouten überprüfen die Drohnen, ob die Dichtung eines Tankdaches intakt ist, ob sich Regenwasser auf dem Dach angesammelt hat und auch den Zustand des Erdungsseils. Dazu werden Kamera- und Thermalbilder genutzt, wobei die erfaßten Daten in der Energy Robotics Plattform durch Künstliche Intelligenz ausgewertet werden.

Im Oktober berichten die Fachblogs über eine neue, 5G-fähige Hexacopter-Drohne des Telefonherstellers Nokia, die mit kardanischen RGB- und Wärmebildkameras insbesondere auf den industriellen Einsatz ausgerichtet ist. Das massive Fluggerät mit einer Spannweite von mehr als einem Meter ist wie ein Panzer gebaut und verfügt über ein Kohlefasergehäuse, das die Drohne leicht, aber robust hält.

Die Drohne ist für den Transport einer Vielzahl von Nutzlasten ausgelegt und besitzt eine modulare untere Plattform, auf der eine Vielzahl von Zubehörteilen montiert werden können. Neben den Kameras bietet Nokia auch einen LiDAR-Sensor an, der Objekte und Umgebungen in 3D scannen kann, sowie Module wie einen leistungsstarken Scheinwerfer für Rettungseinsätze bzw. einen Lautsprecher für die Übermittlung von Nachrichten, Warnungen oder Alarmen.

Die Drohne verfügt auch über eine eigene Docking- und Ladestation, die sie und ihre Nutzlast vor äußeren Gefahren und widrigen Wetterbedingungen schützt.

Im Bereich des Umweltschutzes ist eine neue Technik zu erwähnen, mit der Forscher der Oregon State University Schäden verhindern wollen, die durch die unkontrollierte Vermehrung von Cyanobakterien (Blaualgen) im Wasser entstehen. Die wirtschaftlichen Verluste, die allein in den USA auf cyanobakterielle Verunreinigungen zurückzuführen sind, liegen bei 2 - 4 Mrd. $ pro Jahr. Die derzeit verwendeten Techniken wie die Beurteilung der Wasserfarbe und die Messung der Zellzahl sind allerdings nicht zufriedenstellend.

Da die steigenden Temperaturen zu mehr von diesen Algenblüten führen, wird ein neues und innovatives Monitoring für den Gehalt an Cyanobakterien und ihrer Toxine benötigt. Nachdem das Team entdeckt hatte, daß eine bestimmte Kombination flüchtiger organischer Verbindungen, die sich in Gewässern nachweisen läßt, auf deren Verseuchung mit Cyanobakterien hinweist, wird eine Lösung gefunden.

Laut dem im August erschienenen Bericht sollen bei der Überwachung von Seen künftig Drohnen eingesetzt werden, die dicht über der Wasserfläche fliegen und Sensoren zur Erkennung dieser typischen Kombination von Verbindungen tragen, um die verdächtigen Gase zu ,erschnüffeln’. Damit läßt sich beispielsweise verhindern, daß dieses für den Menschen giftige Wasser in die Trinkwasseraufbereitungsanlagen fließt.

Beträchtlich umfangreicher ist der Ansatz des Forschungsprojekts SVan (Synchroner Team-Roboter-Van), über das im Oktober berichtet wird. Die Mission des Projektes, das von einem Team unter der Leitung des Robotik-Experten Prof. Sami Haddadin an der TU München seit rund vier Jahren umgesetzt wird, lautet: Abfälle oder Schadstoffe in der Natur aufspüren und beseitigen. Hierzu befinden sich an Bord des zur mobilen Kommandozentrale umgebauten Hyundai Staria rollende, schwimmende und fliegende kleine Roboter und Drohnen sowie ein Hochleistungsrechner und Steuerungstechnik.

Das Gesamtsystem besteht aus dem Staria als mobilem Hub sowie mehreren Guardians, wie die Boden-, Wasser- und Luft-Roboter genannt werden, die mit Kameras, Greifarmen und anderen Sensoren bestückt sind. Jeder davon bringt spezielle Fertigkeiten mit, die einzeln oder im Verbund gegen die Umweltverschmutzung eingesetzt werden können. Die Flugdrohne liefert Bilder des zu überwachenden Gebiets aus der Vogelperspektive und meldet potentielle Objekte, denen sich dann ein Landroboter mit Greifarm und Behälter nähern und sie im Idealfall unschädlich machen kann. Für Müll im und unter Wasser kommt wiederum ein Mini-U-Boot zum Einsatz.

Unterstützt werden die Forscher von dem koreanischen Konzern Hyundai Motor Co., der seit einiger Zeit gezielt in Organisation und Start-Ups aus den Bereichen künstliche Intelligenz, Robotik oder Energielösungen investiert - und 2021 mit der Übernahme der Firma Boston Dynamics besonderes Aufsehen erregte, die für ihre Roboter in Menschen- oder Hundegestalt bekannt sind.

Der SVan-Prototyp bildet die Grundlage zur Entwicklung konkreter Anwendungen und neuer Dienstleistungen, wie der Minenräumung, der Entfernung von Geisternetzen in Gewässern oder der Reinigung kontaminierter Regionen. Im nächsten Projektabschnitt, der voraussichtlich 5 - 6 Jahre dauern wird, soll deshalb  an einer skalierbaren Lösung gearbeitet werden, die für Industriepartner interessant ist. Dann will das Team mit einem Start-Up auf den Markt gehen. Ein ausführlicher und im Netz einsehbarer Bericht erscheint im Mai 2024 unter dem Tirel ,SVan: A Mobile Hub as a Field Robotics Development and Deployment Platform’.

Eine andere Art der Überwachung praktiziert der Automobil-Logistiker Mosolf (o. MOSOLF SE & Co. KG), wie bereits im August 2023 berichtet wird. Mit der Einführung von autonom agierenden Drohnen am Standort Illingen - nach zwei erfolgreichen Testphasen - will das Unternehmen die Sicherheit erhöhen und auch bei Nacht eine zuverlässige Personendetektion gewährleisten. Weitere Fahrzeugauslieferungsstandorte sollen folgen.

Die 900 g leichte Arrow 401 der Firma Arrowtec überfliegt in unregelmäßigen Zyklen sowie in arrhythmischen Routen sowohl am Tag als auch in der Nacht flächendeckend den Standort. Die Flughöhe beträgt dabei 30 - 45 m und erlaubt einen Blick zwischen jede Autoreihe. Ihre Missionen werden der Drohne durch die Software ,Flight Automation Center’ übermittelt, woraufhin der fliegende Wachhund von sein Ladestation Dome startet. Die Bilder werden durch einer KI-Videobildanalyse ausgewertet, wobei gezielt zwischen Menschen und Tieren unterschieden wird, um die Anzahl von Fehlalarmen zu minimieren.

Die Arrowtec ist zu diesem Zeitpunkt übrigens das erste Unternehmen, das eine EU-weite Lizenz für den autonomen Flugbetrieb ohne Pilotenüberwachung besitzt.

Die Mosolf Group ist auch in einem anderen Bereich ein Vorreiter: Ab Ende 2022 wird auf einem Parkplatz bei Kippenheim (Ortenaukreis) eine PV-Anlage errichtet, die 2024 in Betrieb gehen soll. Mit einer Fläche von 20 Hektar und einem Ertrag von 25  GWh pro Jahr wird es die mit Abstand größte Photovoltaik-Überdachungsanlage in Deutschland. Dies ist aber nicht die einzige PV-Großanlage, und beginnend mit der Photovoltaik will das Unternehmen zukünftig auch die Nutzung von Windkraft, Wasserstoff und Biomasse ins Auge fassen.

Im Dezember 2023 wird über das Projekt TURBO (Temporäre Beschichtung mittels Drohnen) berichtet, bei dem Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) sowie des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) ein System zur Vermeidung von Vereisung der Rotorblätter von Windkraftanlagen entwickelt haben.

Vereiste Windkraftanlagen können für die Betreiber zu einem ernsten und vor allem teuren Problem werden, da die Anlagen dann häufig abgeschaltet werden müssen, um sie zu enteisen. Enteisungssysteme, wie etwa Heizmatten oder Pumpsysteme, die warme Luft in die Rotorblätter pumpen, sind wiederum sehr teuer, genau wie Enteisungsmaßnahmen per Hubschrauber, die ebenfalls angewendet werden können.

Als wirtschaftliche Lösung werden daher eine spezielle Spritzvorrichtung für Drohnen sowie eine Beschichtungsflüssigkeit aus Harnstoff und Wachs entwickelt, die die Anlagen über einen Zeitraum von mehreren Wochen vor Vereisung schützen können. Die Pumpe der Spritzvorrichtung an Bord der Drohne versprüht die Flüssigkeit mit hohem Druck durch eine Lanze mit einer 0,3 mm dünnen Düse, um den Vereisungsschutz mit einer Tröpfchengröße von 100 µm Durchmesser punktgenau auf die Kanten der Rotorblätter aufzutragen. Was sogar bei Windgeschwindigkeiten bis zu 35 km/h funktioniert.

Die Wissenschaftler wollen das System nun mit Partnern aus der Industrie weiterentwickeln und zur Serienreife bringen. Die Anwendung der Technik beschränkt sich dabei nicht nur auf Windkraftanlagen, sondern  kann auch als Vereisungsschutz von Oberleitungen im Bahnverkehr eingesetzt werden. Darüber hinaus können Sprüh-Drohnen mit modifiziertem Applikationsgerät und mit anderen Flüssigkeiten dazu eingesetzt werden, z.B. Gebäude zu sanieren und defekten Verputz an schwierig zugänglichen Stellen wiederherzustellen.

 

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