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Autonome Flug-Drohnen setzen sich als Einheit zusammen

Was das Individuum nicht schafft, kriegt die Gruppe gebacken. So geht es den Drohnen am Institut für dynamische Systeme und Steuerungen an der ETH Zürich auch. Studenten dürfen dort nämlich einen sogenannten Distributed Flight Array bauen. Das DFA ist ein Kollektiv aus Drohnen, die gemeinsam die Lüfte stürmen.

Ein einzelnes Element kann aufgrund der singularen Propelleranzahl höchstens unkontrollierte Flips durchführen, durch das eigenständige Zusammensetzen in eine feste Formation wird daraus ein Quadrocopter, Octacopter oder Polycopter mit beliebiger Anzahl an Rotoren und autonomen Einheiten. Das Netzwerk ist in Bezug auf essentielle Komponenten mehrfach redundant, anders als bei einem herkömmlichen Quadrocopter hat jede kleine Einheit ihre eigene Stromversorgung, einen Controller, Sensoren und Motoren.

Wieso so kompliziert? Es handelt sich wie erwähnt um ein Studienprojekt, das von Studenten absolviert wird. Die Aufgabe des erfolgreichen Flugs kann nur gelöst werden, wenn die einzelnen Vehikel in einem Netzwerk agieren und Informationen in Echtzeit austauschen. Nur im Abgleich der Daten aus dem Netzwerk mit den eigenen Sensordaten kann ein Element seinen Antrieb vernünftig regeln und das Kollektiv im stabilen Flug halten, oder seinen Beitrag dazu leisten. Die Berechnung und Durchführung wird also auf die Kapazitäten des Netzwerks verteilt, daher auch der Begriff des Distributed Flight Array.

Auf dem Boden docken die Vehikel in mehr oder minder zufälliger Anordnung an, kleine Räder erlauben die Fortbewegung auf der Fläche. Das Chassis kommt aus dem 3D-Drucker und überlebt einen Sturz von bis über 2 Meter Höhe. Im Flug korrigieren die Einheiten die Position des Kollektivs im dreidimensionalen Raum – basierend auf ihrer eigenen Position im Kollektiv. Algorithmisch muss also auch erfasst werden, wie die Konfiguration der einzelnen Elemente aussieht. Magneten halten dabei das Gebilde zusammen und erlauben eine Auflösung der Verbindung wenn entsprechende Krafteinwirkung auftritt.

Ich finde das Experiment äußerst spannend und die Thematik äußerst cool für eine Bachelor- oder Master-Thesis. Außerdem hatte ich schon immer eine Schwäche für hexagonale Strukturen, umso besser wenn diese mit selbstgebauten Flugobjekten zu vereinbaren sind.

Mehr zum Projekt von Prof. Raffaello D’Andrea und seinen Schwyzer Studis

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