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Elektro- und Solarfluggeräte

2020 (B)


Neue Einsatzbereiche


Kommen wir als erstes zu den Sektoren Landwirtschaft, Aufforstung und Umweltschutz – die folgerichtig mit der Aussaat beginnen. Entsprechende Saat-Drohnen sind bereits in den Jahresübersichten 2015 und 2019 vorgestellt worden.

AirSeed-Drohne

AirSeed-Drohne


Im Februar 2020 werden die Drohnen des australischen Startups AirSeed Technologies in den Blogs vorgestellt, die für die Wiederaufforstung des verbrannten australischen Outbacks gedacht sind. Während der Buschbrände in der Feuersaison 2019/2020 sind rund 7,7 Mio. ha Buschland zerstört und geschätzt eine Milliarde Tiere getötet worden.

Um beizutragen, diese enormen Schäden zu beheben, entwickelt das von dem Geodaten-Experten Andries Louw und dem Maschinenbauingenieur Andrew Walker gegründete Unternehmen eine spezialisierte Flugdrohne, die Samen mit einer Geschwindigkeit auspflanzen kann, die weit über die traditionellen Methoden hinausgeht. Durch den Einsatz künstlicher und datengesteuerter Intelligenz soll eine AirSeed-Drohne in der Lage sein, etwa zwei Samen pro Sekunde zu pflanzen. Zwei Drohnen schaffen so bis zu 40.000 Samen pro Tag. Das System kann zudem Gebiete erreichen, in denen eine traditionelle Wiederaufforstung unmöglich oder unbezahlbar wäre.

Das Unternehmen kann bereits erste Erfolge vorweisen, zuletzt in Südafrika, wo auf einer Fläche von 10 ha insgesamt 10.000 Samen gepflanzt wurden. Außerdem wird es von dem Agrarunternehmen Olam International damit beauftragt, im Rahmen eines bezahlten Versuchs 500.000 Bäume anzupflanzen. Im Erfolgsfall soll dem ein kommerzielles Projekt zur Anpflanzung von weiteren 200 Mio. Bäumen in ganz Afrika folgen. Bis 2023 (später: 2024), so das übergeordnete Ziel von AirSeed, will man weltweit 100 Mio. Bäume pflanzen.

Aktuell führt die Firma Gespräche mit der australischen Regierung, um einen Versuch zur Neuaussaat in Gebieten von Neusüdwales zu starten, die ebenfalls durch die Buschbrände verwüstet wurden. Und um Methoden zu entwickeln und Daten zu gewinnen, die zur Unterstützung der Technologie bei der Wiederaufforstung der durch die Brände zerstörten Mangrovenwälder eingesetzt werden können, kooperiert die Firma mit der University of Technology Sydney.

Im April 2021 interessiert sich auch der World Wide Fund For Nature (WWF) für die Aussaat per Drohne, um Bäume in dem Umfang zu pflanzen, den die Stiftung zur Unterstützung ihrer bedrohten Koala-Populationen in Australien benötigen. In dem entsprechenden Bericht ist eine neue Version der AirSeed-Drohne zu sehen, deren Startgewicht 25 kg beträgt. Wieviel davon auf die Nutzlast entfallen, wird nicht erwähnt.


Das große Ziel der Firma AirSeed Technologies relativiert sich ein wenig, wenn man den Bericht von Prof. Martin Brandt von der Universität Kopenhagen und seiner Forschungsgruppe mit einbezieht, der Ende Oktober 2020 veröffentlicht wird. Demnach konnte mittels hochauflösender Satellitendaten festgestellt werden, daß es in Gebieten, die bislang als Wüste oder Grasland bekannt sind, in Wirklichkeit etwa 1,8 Mrd. Bäume stehen (‚An unexpectedly large count of trees in the West African Sahara and Sahel‘).

Als das Team nach der Veröffentlichung ein Gebiet kartiert, das zehn Mal so groß ist wie das der Studie, kommt die Zählung bei etwa 15 Mrd. Bäumen an – die bislang in keinem Klimamodell aufgetaucht sind.


Im August folgen gleich zwei Berichte über parallele Ansätze. Zum einen handelt es sich um das in Iowa beheimatete Startup AeroSeeder, das den gleichnamigen Oktokopter AeroSeeder entwickelt hat, der mit einem Sack ausgestattet ist, der bis zu 13,6 kg Samen tragen und ausstreuen kann.

AeroSeeder MK I

AeroSeeder MK I

Das Fluggerät mit einem Durchmesser von 165 cm wird von GPS-, Höhenhaltungs- und Geländeverfolgungs-Sensoren gesteuert und fliegt mit einer Geschwindigkeit von bis zu 35 km/h autonom entlang einer vorprogrammierten Flugbahn. Dabei gibt es das Saatgut auf das darunter liegende Feld ab, wobei die Aussaatmenge einstellbar ist.

Der AeroSeeder ist jedoch nicht für die Aussaat der Hauptkulturen konzipiert, sondern für die Aussaat von so genannten Deckfrüchten. Dabei handelt es sich um niedrig wachsende Pflanzen, die der Hauptkultur hinzugefügt werden, sobald sich diese etabliert hat. Diese Pflanzen tragen unter anderem dazu bei, die Erosion zu minimieren, Wasser im Boden zu halten, Unkraut zu unterdrücken und die Bodenqualität zu verbessern.

Zwar können Deckfrüchte auch mit bodengebundenen Maschinen ausgesät werden, doch ist dies oft schwierig, da die Landwirte die Hauptkultur nicht durch Überfahren beschädigen wollen. Der Einsatz von Flugzeugen ist eine häufig genutzte Alternative, allerdings muß oft lange gewartet werden, bis ein Pilot frei wird. Im Gegensatz dazu kann der AeroSeeder vom Landwirt selbst eingesetzt werden.

Dem Unternehmen zufolge kann die Drohne innerhalb von acht Stunden bis zu 40,5 ha besäen. Wenn ihr das Saatgut ausgeht oder die Batterie aufgeladen werden muß, fliegt sie automatisch zu ihrem Startpunkt zurück. Sobald sie dann aufgeladen und/oder mit Saatgut bestückt ist, kehrt sie automatisch zu dem Punkt auf dem Feld zurück, an dem sie ihre Arbeit abgebrochen hat.

Der AeroSeeder MK I soll in den nächsten ein bis zwei Monaten im Handel erhältlich sein, zu einem Preis von 10.000 – 11.000 $.


Das zweite Unternehmen ist das von Lot Amorós gegründete spanische Startup Dronecoria, das einen Drohnen-Bausatz entwickelt hat, der in die ganze Welt verschickt werden soll, um dort Saatgut zur Wiederaufforstung auszubringen.

Das Besondere: Die Geräte sind kein teuer produzierten High-Tech-Produkte, sondern können selbst zusammengebaut werden. Die durch Lasertechnik zugeschnittenen Holzteile werden als Bausatz geliefert, während die Baupläne als Open Source frei im Internet verfügbar sind. So können die Produktionskosten minimal gehalten werden und eine Wiederaufforstung im großen Stil auch für ärmere Regionen ermöglicht werden.

Ist die Drohne einmal in der Luft, kann sie verschiedene Aufgaben übernehmen. Zunächst werden Gebietsanalysen durchgeführt, um die perfekten Orte für die Aussaat zu finden. Im zweiten Schritt wird dann die Saat abgeworfen, wobei die Drohne in zehn Minuten einen Hektar abdecken kann. Pro Flug können bis zu einer halben Million Samen ausgesät werden.

Zuvor wird das Saatgut mit dem sogenannten ‚Coating‘ bearbeitet, bei dem jeder Samen mit einer Erdschicht umhüllt wird, die ihn vor Tieren schützt und ihm die nötige Feuchtigkeit zum Anwachsen garantiert. Dieser Prozeß geschieht im Moment noch durch aufwendige Handarbeit, doch Dronecoria hat sich zum Ziel gesetzt, bald auch Coating-Maschinen auf den Markt zu bringen und die Baupläne per Open-Source-Lizenz zugänglich zu machen.

Dronecoria-Drohnen sind bisher in Projekten in Spanien und Brasilien im Einsatz. Zudem wurden bereits Bausätze nach Mexiko, Kolumbien, Argentinien und in die Türkei geliefert. Eine kleine Crowdfunding-Kampagne bringt mit fast 16.000 € über 130 % des Finanzierungsziels ein.


Weitere Informationen aus der Schnittmenge Drohnen und Landwirtschaft:


Im März erhält die französische Drohnen-Firma Delair (früher: Delair-Tech) mit Sitz in Toulouse einen Großauftrag von dem deutschen Agrarunternehmen BASF. Demnach werden die landwirtschaftlichen Forschungsstationen von BASF auf der ganzen Welt zukünftig die Cloud-Plattform delair.ai nutzen, um die durch drohnengestützte Feldstudien gewonnenen visuellen Daten zu verarbeiten und die Projekte für Saatgut, Merkmale und Pflanzenschutz zu erweitern.

Die BASF hat vor kurzem Drohnen eingeführt, die mit multispektralen Sensoren ausgestattet sind, um die Datenerfassung auf dem Feld zu automatisieren und so in Echtzeit zu erfahren, wie Pflanzen auf Umweltbedingungen reagieren. Mittels delair.ai können nun digitale Zwillinge der Forschungsfelder erstellt und Parzellen an allen Versuchsstandorten hektarweise abgebildet und analysiert werden.

DT18

DT18

Zum Hintergrund: Die 2011 im französischen Labège gegründete Firma kann bereits ein Jahr später den ersten Erfolg verbuchen, als 2012 die Starrflügel-Drohne DT18 des Unternehmens als erste Drohne in Frankreich für die Kommunikation jenseits der Sichtlinie (Beyond Visual Line Of Sight, BVLOS) zertifiziert wird. Bei einer Flugzeit von zwei Stunden pro Ladung hat der Elektrosegler eine Reichweite von 100 km. Später kauft die Delair die Vermögenswerte des ehemaligen Konkurrenten Airware, die auch das französische Data-Mining-Unternehmen Redbird umfassen.

In den Übersichten der vergangenen Jahre erschien die Firma 2013 in Zusammenhang mit den Aktivitäten der Firma Badawk Recon Ltd. (BHR), die Wildtiere in Tansania vor Wilderei zu schützen. Da die Delair damals die von einem Katapult zu startende, Brennstoff-betriebene Drohne DT-26 einsetzte, habe ich das Unternehmen nicht weiter verfolgt.

Das zweite Mal erwähnte ich die Firma, als sie im Jahr 2018 mit der NASA und dem Flugzeughersteller Airbus SE kooperiert, um Prototypen von Flugverkehrsmanagement-Software zu testen. Zu diesem Zeitpunkt ging die Delair auch eine Partnerschaft mit der Intel Corp. ein, um ihre Technologie in Intels Insights-Drohnenplattform zu implementieren. Im Rahmen der Vereinbarung investierte Intel auch in das Unternehmen.

Im September 2017 hatte die Delair auf der INTERGEO 2017 in Berlin zudem mit der Drohne UX11 die nächste UAV-Generation für photogrammetrische Vermessungsaufgaben vorgestellt, ein kleiner elektrischer Nurflügler für BVLOS-Flüge mit unbegrenzter Reichweite, der aus der Hand gestartet wird und 59 Minuten lang fliegt. Das integrierte Bordsystem kombiniert Sensoren in Industriequalität, unbegrenzte Kommunikationsreichweite und PPK-Positionierung im Zentimeterbereich.

Außerdem verfügt die UX11 nach Angaben des Unternehmens über genügend Rechenleistung, um die aufgenommenen Bilder abzurufen, zu verarbeiten und in Echtzeit an den Betreiber zu senden. Dabei führt die Drohne automatische Qualitätsprüfungen der Bilder durch, wie z. B. die Erkennung von Unschärfen oder Überlappungen, um sicherzustellen, daß der Bediener hochwertige Daten erhält. Die Drohne geht ab Januar 2018 in den Vertrieb. Der Preis wird auf Anfrage mitgeteilt.

Seifenblasen-Drohne

Seifenblasen-Drohne


Über die Bestäubung von Obstpflanzen mittels Drohnen habe ich ebenfalls schon mehrfach berichtet. Aktuell ist eine im Juni 2020 veröffentlichte und im Netz einsehbare Studie, in welcher die Forscher Xi Yang und Eijiro Miyako vom Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) über die Entwicklung einer kleinen Drohne mit einer Seifenblasenmaschine berichten, aus der mit Pollen versetzte Seifenblasen heraus gepustet werden (‚Soap Bubble Pollination‘).

Nachdem erste Arbeiten mit Bestäubungsdrohnen den unglücklichen Nebeneffekt zeigen, daß sie häufig die Blüten zerstören, mit denen sie in Kontakt kommen (Miyako war damals am AIST, s.u. 2017), sucht dieser nach einer besseren Bestäubungstechnik – und als er mit seinem Sohn in einem Park Seifenblasen pustet, erkennt er, daß diese, wenn sie Pollenkörner tragen könnten, das ideale Transportsystem darstellen würden: Man kann sie sehr effizient erzeugen, sie sind extrem leicht und sie verschwinden buchstäblich, nachdem sie ihre Ladung abgegeben haben. Natürlich sind sie nicht zielgenau, aber dies kann durch eine hohe Menge ausgeglichen werden.

Nach einigen Experimenten finden die Forscher heraus, daß natürliche Pollenkörner leicht in einen Seifenfilm eingearbeitet und mit verschiedenen Seifenblasengeräten in die Luft befördert werden können. Es zeigt sich, daß 4 mg Pollen pro ml einer 0,4 %-igen Tensidlösung zu Seifenblasen führen, die jeweils bis zu 2.000 einzelne Pollenkörner tragen, die an der Oberfläche der Seifenblasenmembran kleben. Die Forscher optimieren auch den pH-Wert und mischen Bor, Kalzium, Magnesium, Kalium und einige andere Stoffe in die Seifenblasenlösung, um sie so pollenfreundlich wie möglich zu machen – so daß die Pollenkörner sogar in der Lösung erfolgreich keimen.

Beim anschließenden Test, ob man eine Seifenblase tatsächlich zur Bestäubung einer Pflanze verwenden kann und wie gut sie im Vergleich zu anderen Methoden funktioniert, wird eine Handseifenblasenpistole auf bestimmte Blüten an Birnbäumen gerichtet. Und tatsächlich bilden die anvisierten Blüten nach 16 Tagen junge Früchte aus, und zwar in einem Umfang, der fast dem der herkömmlichen Handbestäubung mit einem kugelförmigen Federpinsel entspricht.

Um zu zeigen, daß die Technik skalierbar ist, wird die Roboterbestäubung in größerem Maßstab mit einer Drohne durchgeführt, an deren Unterseite eine Art Seifenblasen-Maschinenpistole angebracht ist, die 5.000 Seifenblasen pro Minute erzeugt. Um den von den Rotoren der Drohne ausgehenden Abwind in den Griff zu bekommen, wird ein Stabilisator in die Seifenblasenlösung gemischt, der so wirksam ist, daß einige der Seifenblasen fünf Stunden lang in der Luft bleiben.

Diese Blasen sind zwar kleiner und tragen jeweils nur etwa 300 Pollenkörner, aber wenn fast hundert Blasen pro Sekunde erzeugt werden, ist das immer noch eine große Menge an Pollen. Zudem beobachten die Forscher, daß nur eine einzige Blase auf dem Stempel einer Blüte landen muß, um zu einer Bestäubung zu führen, wobei die Erfolgsquote insgesamt 90 % beträgt, wenn sich die Drohne mit 2 m/s in einer Höhe von 2 m über die Blüten bewegt.

Die wichtigste Einschränkung ist zu diesem Zeitpunkt, daß die zur Herstellung der Blasen verwendeten Tenside zwar biokompatibel, aber nicht so umweltfreundlich sind, wie sie sein könnten. Da es bereits ‚eßbare Blasen‘ gibt, sollen als nächstes versucht werden, diese zum Funktionieren zu bringen. Daneben muß auch noch die Drohnentechnik in Bezug auf Lokalisierung, Kartierung und Steuerung verfeinert werden, um kommerziell nutzbar zu sein.

Waldzustandserhebung 2020 Titel

Waldzustandserhebung
2020 (Titel)


Der jedes Jahr vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) veröffentlichte Waldzustandsbericht belegt, daß das Jahr 2019 für den Wald in Deutschland ein besonders schlechtes Jahr war. Vor allem die Fichte, die etwa 25 % aller Nadelbäume ausmacht, leidet unter der zunehmenden Hitze und Trockenheit. Bislang erfolgt die Erhebung der Daten mit derselben Methode, wie bei der Einführung des Waldzustandsberichts im Jahr 1984, als dieser noch ‚Waldschadensbericht‘ hieß, nämlich mit Menschen.

Das ist natürlich mit einem hohen Personalaufwand verbunden, es ist ein sehr teures Verfahren, und es ist subjektiv. Zudem ein Drittel der Landesfläche Deutschlands (11,4 Mio. ha) mit Wald bedeckt  ist. Aus diesem Grund kommen ab Anfang Juli diesen Jahres auch Drohnen zum Einsatz – zumindest im Rahmen eines Forschungsprojekts, von dem sich die Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft in Zukunft noch präzisere Messungen für den Gesundheits-Check der Bäume verspricht.

Nach der Erprobung besteht die Hoffnung, daß der Drohneneinsatz in einigen Jahren zu einem praktischen Verfahren wird, das in der Lage ist, die klassische Form der Waldzustands­erhebung zu ergänzen oder vielleicht sogar zu ersetzen. Als die aktuelle Waldzustandserhebung Ende Februar 2021 veröffentlicht wird, zeigt sie, daß der Anteil der Bäume mit deutlicher und mittlerer Kronenverlichtung im Jahr 2020 weiter gestiegen ist. Der Bericht ist über die Homepage des BMEL frei downloadbar.


Im August wird in den Blogs eine besonders große hybride Agrar-Drohne vorgestellt, die das Startup Drone4Agro aus Voorthuizen in den Niederlanden für verschiedene Anwendungen wie Sprühen, Düngen und Säen entwickelt hat. Das massive Fluggerät wird in vier Größen angeboten: mit Breiten von 3 m, von 4,5 m, von 6 m und von 9 m.

Die Besonderheit dieser Drohnen liegt allerdings nicht nur in ihrer Größe, sondern auch darin, daß die bisher übliche Flugzeiten übertreffen. Normalerweise haben rein elektrisch betriebene Pflanzenschutzdrohnen eine Batterielebensdauer von nur etwa 30 Minuten pro Ladung, weshalb sie regelmäßig mit dem Sprühen aufhören und zu ihrer Basis zurückkehren müssen, um die Batterie zu wechseln. Außerdem tragen sie keine besonders schwere Ladung, um ihre Batterien nicht zu schnell zu verbrauchen, was bedeutet, daß die Tanks häufig nachgefüllt werden müssen.

Als Alternative hat Drone4Agro den Prototyp eines 40 kg schweren Multikopters gebaut, der 6 m breit ist, 16 Propeller/Motoren hat und einen kleinen Zweitaktmotor enthält, der mit einem elektrischen Generator gekoppelt ist, welcher wiederum die Elektromotoren der Propeller mit Strom versorgt. Dieser Multikopter ist in der Lage, bis zu 50 Liter (andere Quellen: 40 kg) Flüssigkeit zu transportieren. Derzeit ist aber noch nicht bekannt, wann er im Handel erhältlich sein wird. Daneben arbeitet die Firma an einer Transportdrohne mit einer Nutzlast von 100 kg.

Umweltsensor der UW

Umweltsensor
der UW


Im September präsentieren Forscher der University of Washington (UW) auf der MobiCom ’20 – der 26. Internationalen Konferenz über mobile Datenverarbeitung und Netzwerke in London –, die diesmal allerdings nur online erfolgt, einen winzigen neuen Umweltsensor, der an einer kleinen Drohne oder sogar auf dem Rücken eines Insekts mitgeführt und bei Bedarf abgeworfen werden kann, um die Umwelt jahrelang zu überwachen.

Hierfür muß der Sensor sehr leicht sein, sich sicher an seinem Transportmittel befestigen lassen, bis der Abwurfbefehl erteilt wird, er muß einen Sturz aus großer Höhe überstehen und schließlich über einen angemessenen Zeitraum funktionieren. Tatsächlich wiegt das gesamte Sensorsystem nur 98 mg, was etwa einem Zehntel des Gewichts eines Gummibärchens entspricht. Damit ist es klein genug für eine winzige Drohne oder eine Motte, die es ohne allzu große Probleme tragen kann.

Befestigt wird der Sensor mit einem Magnetstift und einer dünnen Drahtspule. Sobald der Abwurfort erreicht ist, läßt ein über Bluetooth gesendeter Befehl einen Strom durch den Draht fließen, der ein Magnetfeld erzeugt, das wiederum den Stift herausspringen läßt und den Sensor freigibt. Um den freien Fall zu überstehen, ist dieser so gebaut, daß sich die Batterie in einer Ecke befindet. Da diese mit 68 mg das schwerste Bauteil ist, gerät der Sensor dadurch ins Trudeln, was seine Fallgeschwindigkeit in Verbindung mit dem geringen Gesamtgewicht auf maximal 17,7 km/h verlangsamt. Dadurch kann er noch aus einer Höhe von 22 m sicher abgeworfen werden.

Sobald er sicher am Boden landet, sammelt der Sensor Daten wie Temperatur und Feuchtigkeit. Die elektronischen Systeme ermöglichen eine drahtlose Datenübertragung über eine Entfernung von bis zu 1 km, während die Batterie eine Laufzeit von bis zu 2,5 Jahren hat. Das System wird mit winzigen Drohnen getestet, die nur 28 mm breit sind, und auf dem Rücken lebender Motten, wobei beide Varianten ihre Vorteile haben: Die Drohnen können gesteuert werden, haben aber eine begrenzte Batterielebensdauer – die Motten hingegen können stundenlang fliegen und passen in viel kleinere Räume.

Als nächstes wollen die Forscher einen Weg finden, um die Sensoren wieder einzusammeln, wenn ihre Batterien leer sind. Langfristig sollen die elektronischen Systeme aber mit Solarzellen betrieben werden.


Nur einen Monat später berichtet ein Team des Imperial College London und des Empa über eine alternative Methode zur Plazierung von Sensoren – mittels einer Drohne, die diese als Pfeile abschießt. Auch hier ist das Motiv, bei der Durchführung von Umweltstudien an schwer zugänglichen Orten drahtlose Netze mit kleinen Sensoren zur Datenerfassung einzurichten. Beim Fallenlassen, wie im vorstehenden Fall, ist es jedoch schwierig, genau zu kontrollieren, wo die Sensoren landen werden. Außerdem könnten sie auf dem Boden zertrampelt oder mit Schutt bedeckt werden.

Bei einer weiteren Methode, nämlich die Sensoren mit Hilfe eines mechanischen Arms an vertikalen Flächen zu befestigen, muß die Drohne sehr nah an diese herankommen, was das Risiko birgt, daß das Fluggerät entweder mit der Oberfläche selbst kollidiert oder sich in Hindernissen verfängt, wie z.B. Ästen, die von der Oberfläche abstehen.

Mit diesen Einschränkungen im Hinterkopf wird der Pfeile schießende Quadrokopter entwickelt, der mit einem laserbasierten Zielsystem und einem federbelasteten Abschußmechanismus ausgestattet ist. Ein Auslöser aus einer Formgedächtnislegierung gibt die Feder auf Kommando frei und schickt den mit Sensoren ausgestatteten Pfeil waagrecht durch die Luft zu seinem Ziel. Das gesamte System zum Abschießen der Pfeile wiegt 650 g – die Drohne selbst nicht mitgerechnet –, während jeder Pfeil 30 g wiegt.

Erste Tests im Labor und im Wald erweisen sich als erfolgreich, nach Angaben der Forscher hat das System eine Treffgenauigkeit von etwa 10 cm, wenn es aus einer maximalen Entfernung von 4 m schießt. Der derzeitige Prototyp kann mit einer Batterieladung bis zu 17 Abschüsse durchführen, allerdings müssen die Pfeile noch einzeln nachgeladen werden. Für andere Ziele als Bäume, wie z. B. die Stahlstützen von Ölplattformen, können Magnet- oder Klebepfeile verwendet werden.

Die Forschungsarbeiten werden unterstützt vom Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), dem Offshore Robotics for Certification of Assets Hub (ORCA), dem EU-Programm Horizon 2020 und der britischen Akademie der Wissenschaften The Royal Society. Der Bericht ist im Netz einsehbar (‚Unmanned Aerial Sensor Placement for Cluttered Environments‘).

Das System erinnert ein wenig an die DartDrone der südafrikanischen Firma HAEVIC, die eine spezielle Luftpistole trägt, mit der Betäubungspfeile abgefeuert werden, wie sie von Tierärzten bei Wildtieren eingesetzt werden (s.u. 2014).

WildLife Drohne

WildLife Drohne


Im September 2020 wird ein mehrköpfiges chinesisches Designerteam mit dem European Product Design Award 2020 ausgezeichnet – für das Konzept einer kleinen, speziellen Drohne, die ebenfalls dafür gedacht ist, beim Schutz und der Rettung von Wildtieren zu helfen. Wenn diese verletzt sind, müssen die Retter großen Tieren vorher Betäubungsspritzen verabreichen, aber wenn sie sich in der Nähe von Wildtieren aufhalten, ist auch ihr Leben bedroht.

Die WildLife Drohne soll verwendet werden, um ohne invasives menschliches Eingreifen verschiedene Dinge wie hormonelle Verhütungsmittel, Medikamente oder Beruhigungsmittel zu injizieren und so die Angst der Wildtiere vor dem Menschen zu verringern. Dabei wird nahe an das Tier herangeflogen und dann der Betäubungspfeile abgeschossen. Darüber hinaus kann das Fluggerät auch zur Blut- oder Probenentnahme für weitere Tests verwendet werden. Gleichzeitig wird der Einsatz eines großen Teams überflüssig die Gefährdung des medizinischen Personals vermieden, und verletzte Wildtiere können dennoch genau und rechtzeitig behandelt werden.

Zudem kann das unbemannte Luftfahrzeug zur Betäubung von Wildtieren eingesetzt werden, wenn diese Leben und Eigentum zerstören, wodurch die Sicherheit der Menschen gewährleistet ist und die Wildtiere nicht verletzt werden.

Interessanterweise kursiert ein ganz ähnliches Konzept von Shiyue Zhu an der Jiangxi University of Science and Technology, das auch noch den ähnlich lautenden Namen Wildlife Rescue Drone trägt, aber nicht ganz so schnittig aussieht, wie das vorangegangene Design. Der Entwurf erscheint auf der Seite des World Design Guide, läßt sich zeitlich aber nicht zuordnen, und auch sonst sind darüber keine näheren Details zu finden.


Der nächste Einsatzbereich sind Drohnen als Retter und Katastrophenhelfer, angefangen mit speziellen Feuerwehr-Drohnen, von denen einige schon in der Übersicht des Jahres 2018 vorgestellt wurden (s.d.).


Im Januar 2020 veranstaltet die chinesische Firma Guofei General Aviation Equipment Manufacturing (Guofei Aviation) in der High-Tech-Zone Dazu der Stadt Chongqing in Zentralchina gemeinsam mit der örtlichen Feuerwehr die erste Brandschutzübung zur Erprobung von Drohnen, die mit Schläuchen ausgestattet sind, um einen kontrollierten Brand an der Außenseite eines Hochhauses zu löschen. An ihrer Entwicklung sei sieben Jahre lang gearbeitet worden.

Zum Test der Feuerlöschdrohnen setzt die Feuerwehr an der Fassade eines zehnstöckigen Übungs-Hochhauses oberhalb der dritten Etage ein Gerüst aus fünf Tonnen Holz in Brand, die mit 300 kg Heizöl und 100 kg Benzin getränkt sind. Nachdem sich das Feuer über die gesamte 50 m hohe und 15 m breite Fläche ausgebreitet hat, starten insgesamt sechs Drohnen, die mit präzisen Düsen arbeiten, in die der Löschschaum gepumpt wird.

Der Hochhausbrand kann damit in weniger als 15 Minuten erfolgreich gelöscht werden, wobei auf dem veröffentlichten YouTube-Video zu sehen ist, wie die Feuerwehrleute zwischendurch die vier rund um den Löschmitteltank angebrachten Lithium-Akkus der Drohnen wechseln. Das Design der von Guofei Aviation extra zu diesem Zweck entwickelten Fluggeräte basiert auf einem Oktokopter-Antrieb, der im Push/Pull-Verfahren arbeitet und somit nur vier Propellerarme, jedoch acht Motoren und Propeller besitzt.

In einigen Blogs werden technische Spezifikationen genannt, die sich bislang aber noch nicht haben verifizieren lassen. Demnach sollen die Drohnen mit einem maximalen Startgewicht von 80 kg in die Luft abheben und dann bis zu 20 Minuten ihre Arbeit verrichten können. Leer wiegt der Oktokopter 29 kg und bleibt bis zu 45 Minuten in der Luft. Jede Drohne trägt einen mit 40 kg Feuerlöschpulver gefüllten Tank und ist mit einem dünnen Wasserschlauch verbunden. Auf diese Weise kann sie das Feuer in einem Raum von bis zu 100 m3 kontrollieren. Im Gegensatz zu den stärksten Feuerlösch-Pumpen, die eine Höhe von maximal 100 m erreichen, braucht das UAV vom Boden aus kaum 30 Sekunden, um in eine Höhe von 200 m zu kommen.

Zwar können diese Drohnen noch keinen Hochhausbrand im Inneren von Gebäuden bekämpfen. Doch viele ältere Gebäude wurden mit brennbaren Materialien an der Fassade gedämmt. Bricht ein Feuer in einer Wohneinheit aus, kann sich dieses auch über die Außenseite des Gebäudes weiterverbreiten, wie es in der Realität auch immer wieder geschieht.

Frühes Drohnenmodell der Guofei Aviation

Frühes Drohnenmodell
der Guofei Aviation

Bei der Recherche zeigt sich, daß die Guofei Aviation die Idee, Drohnen zur Brandbekämpfung in Hochhäusern einzusetzen, bereits im Jahr 2012 hatte und schon 2013 mit der Umsetzung begann. Letztlich braucht es sieben Jahre, um das erste funktionale Hochhausbrandbekämpfungs-UAV des Landes zu entwickeln, dessen wichtigste Eigenschaft ist, daß es schnell starten kann, nicht an regionale Bedingungen gebunden ist und den Brandherd per Signal schnell erreicht, um das Feuer umgehend zu löschen.

Im September 2018 war dann schon einmal ein Versuch mit einer früheren Drohnengeneration mit ummantelten Rotoren durchgeführt worden, nachdem diese ein mehr als viermonatiges nationales Testverfahren mit 52 strengen Tests bestanden hatte. Die Firma erwartete damals, die Hochhausbrandbekämpfungsdrohne schon bald auf den Markt bringen zu können.

Die jüngste Meldung vom Juli 2020 besagt, daß die Feuerwehr von Chongqing nun plant, zwei Drohnen für die Rettung von Hochhäusern und die Brandbekämpfung in Einsatz zu nehmen. Was sicherlich sehr sinnvoll ist, denn Chongqing ist durch steile Hügel, dichte Wälder und enge Straßen gekennzeichnet.


Als im Mai in der unweit von Dubai gelegenen Stadt Schardscha das 190 m hohe und erst 2006 fertiggestellte Wohngebäude Abbco Tower, eines der höchsten der Stadt, in Brand gerät und dabei neun Menschen leicht verletzt werden, setzen Polizei und Zivilschutz Drohnen ein, um Personen zu orten, die möglicherweise noch in dem Gebäude eingeschlossen sind. Löschdrohnen gibt es in dem Emirat aber noch keine. Zur schnellen Ausbreitung der Flammen hatte wahrscheinlich die nicht feuerfeste Fassadenverkleidung beigetragen.


Wie Ende Juli 2020 gemeldet wird, nimmt die Berliner Feuerwehr drei Drohnen in den Probebetrieb. Die ‚Arbeitsgruppe Drohneneinsatz bei der Feuerwehr‘ war im Mai 2019 ins Leben gerufen worden, entwickelte ein Nutzungskonzept, klärte Haftungs- und Datenschutzfragen, erarbeitete eine Gefährdungsbeurteilung, erstellte Betriebshandbücher – und beschaffte schließlich vier Drohnen des Modells DJI Mavic 2 Enterprise, von denen eine für die Ausbildung vorgesehen ist. Als Gesamtpreis werden rund 15.500 € angegeben.

Die Drohnen haben ein Startgewicht von unter 2 kg und ihre Flugzeit beträgt 31 Minuten pro Ladung, wobei der Akku beheizt wird, was Flüge auch bei kälterem Wetter ermöglicht. Das Zubehör umfaßt eine Wärmebildkamera, Kollisionswarnleuchten, einen LED-Scheinwerfer, ein Blitzlicht und einen Lautsprecher, über den sich bis zu zehn benutzerdefinierte Aufnahmen ferngesteuert abspielen lassen.

Mit den Drohnen ausgestattet werden drei neue Einsatzleitwagen (ELW 2), wobei die Live-Bilder auf die Außenfernseher der Führungsfahrzeuge übertragen werden. Mit den Aufnahmen sollen sich die Feuerwehrleute in Zukunft bei Notfall-Lagen schneller einen Überblick verschaffen können. Vorgesehen ist der Einsatz bei Großschadenereignissen, Waldbränden, Überschwemmungen, bei der Aufdeckung von Glutnestern in und außerhalb von Gebäuden, bei der Suche nach Menschen auf dem Eis und im Wasser, zur Begutachtung von beschädigten Gebäuden nach Sprengungen u.v.m.

Nach einer einjährigen Testphase mit 184 Einsätzen werden die Drohnen im August 2021 in den Regelbetrieb übernommen. Derzeit kann die Berliner Feuerwehr auf 70 Personen in drei Teams zurückgreifen, die den Umgang mit der Technik gelernt haben. Noch in diesem Jahr sollen weitere Drohnen beschafft werden. Den Drohnen-Folien-Set ‚Feuerwehr‘ für die DJI Mavic 2 gibt es bei droneparts.de für 89 € - er wird aber nur an die Feuerwehr selbst verkauft.

Als es Mitte November 2020 im U-Bahnhof Onkel Toms Hütte brennt, wobei sich das Feuer bis ins Dach der Haltestelle ausbreitet und auch mehrere Menschen verletzt werden, erfolgt ein mehrere Stunden dauernder Einsatz, an dem etwa 120 Feuerwehrleute beteiligt sind. Dabei macht eine der Feuerwehrdrohnen mit der Wärmebildkamera Aufnahmen in den Bereichen, die nicht betreten werden können.

Recruit

Recruit

In diesem Zusammenhang ist auch eine Drohne namens Recruit erwähnenswert, die im September 2020 in den Blogs vorgestellt wird und speziell für alle Arten von Ersthelfern entwickelt wurde, denen gemeinsam ist, daß sie besonderen Wert auf Geschwindigkeit legen.

der von dem in Atlanta, Georgia, ansässigen Drohnenhersteller Sonin Hybrid entworfene Quadrokopter mit Kohlefasergehäuse verfügt deshalb über ein Hybridantriebssystem aus einem Benzinmotor, der an einen Generator angeschlossen ist, der wiederum die Batterien für die vier Propeller-Elektromotoren kontinuierlich auflädt. Dieses System macht eine Flugzeit von drei Stunden möglich – und eine maximale Vorwärtsgeschwindigkeit von 224 km/h.

Zu den weiteren Merkmalen des Recruit gehören neben der Hybridtechnik eine kardanisch stabilisierte Kamera mit 30-fachem optischem Zoom, eine feste und mobile Zielverfolgung, eine FLiR-Nachtsichtkamera, ein Scheinwerfer, ein Lautsprecher, ein einziehbares Fahrwerk und wahlweise rot/blau, rot/weiß oder gelb/weiß blinkende LED-Lichter. Die Drohne kann in Echtzeit ferngesteuert werden oder autonom einer vorprogrammierten Flugroute folgen.

Nach Angaben des Unternehmens hat die Produktion bereits begonnen, und die ersten Lieferungen werden für Ende dieses Jahres erwartet. Angeboten werden die Fluggeräte in verschiedenen Lackierungen als Polizei-, Feuerwehr-, Militär, Seefahrt-, Offshore- und Renn-Drohnen.


Im November 2020 folgen Berichte über eine neue Technik des Fraunhofer Instituts für Hochfrequenzphysik und Radartechnik (FHR) in Wachtberg, bei der die mittels Radarwellen großflächig Lebenszeichen geortet werden sollen.

Laut einer Untersuchung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) sind zwischen 1900 und 2015 weltweit allein durch Erdbeben etwa 2,32 Mio. Menschen ums Leben gekommen, wobei andere Katastrophen, wie z.B. einstürzende Häuser, hierbei noch nicht einmal berücksichtigt sind. Viele von diesen verschütteten Menschen wären wohl gerettet worden, hätten die Einsatzkräfte gewußt, wo unter den Trümmern sie suchen müssen. Dies soll mit dem neuen Ansatz möglich werden.

Die Wellen können die Trümmerteile teilweise durchdringen, so daß Signale der Verschütteten zurück an den Detektor des Radargeräts geschickt werden, was darüber informiert, wie weit die begrabene Person entfernt liegt. Die oben bereits erwähnten MIMO-Radare (Multiple Input Multiple Output) verfügen über mehrere Sender und Empfänger, wodurch verschiedene Perspektiven mosaikartig zusammengeführt werden, um Aufschluß über den genauen Verschüttungsort zu geben. Diese Technik kommt bereits zum Einsatz, allerdings stationär und nur mit einer Reichweite von maximal 30 m.

Da künftig jedoch hektargroße Flächen schnell und effektiv abgesucht werden sollen, wird ein mobiles Radargerät entwickelt, das Puls und Atmung verschütteter Personen bestimmen und sie auf diese Weise orten kann. Langfristig soll eine mit dem Radargerät ausgerüstete Drohne die Unglücksstelle abfliegen. Außerdem kann die Drohne die genauen Lebenszeichen von Verletzten aufzeichnen, die sich im Einsatzgebiet befinden, was bei der Priorisierung der Erstversorgung hilfreich ist, wenn zahlreiche Verletzte gleichzeitig Hilfe benötigen.

Die Testläufe zeigen, daß genaue Vitalzeichen auf bis zu 15 m Abstand erfolgreich gemessen werden können. Um erfaßt zu werden, müssen die Menschen sich nur minimal bewegen – schon das Atmen reicht dafür aus. Auf der Abbildung sind über mehrere Meter Distanz gemessene Atem- und Pulssignale einer laufenden Person zu sehen. Die Erkennung selbst ist etwas aufwendiger, weshalb in den nächsten zwei Jahre erforscht werden soll, wie sich Verschüttete im Erdreich und Beton zuverlässig ermitteln lassen und wie Drohnen diese Messung übernehmen können. Anschließend wäre eine Kommerzialisierung denkbar.

Prinzip der Leichendrohne Grafik

Prinzip der Leichendrohne
(Grafik)


In diesem Zusammenhang sollte erwähnt werden, daß es auch Versuche gibt, bereits verstorbene Menschen bzw. menschliche Überreste mittels Drohnen zu finden. Ein Team der University of Tennessee (UT) unter der Leitung von Prof. C. Neal Stewart Jr. veröffentlicht im September 2020 einen Forschungsbericht unter dem Titel ‚Plants to Remotely Detect Human Decomposition?‘, dem zufolge alleine in den USA jedes Jahr 100.000 Menschen vermißt werden. Die Problematik, die Orte der menschlichen Zerfallsprozesse schnell zu identifizieren, erschwert die Bergung von Leichen, insbesondere in Wäldern.

Die Wissenschaftler wollen daher die spektralen Reaktionen in Baum- und Strauchkronen als Wegweiser nutzen, um Leichen mit Hilfe von UAVs aufzuspüren. Hierzu werden demnächst Versuche in der Anthropology Research Facility der Universität durchgeführt werden. Auf dem auch als Body Farm bekannten Gelände können wissenschaftliche Studien zu postmortalen Veränderungen an Menschen, d.h. den Verwesungsprozessen von Leichen, an freier Luft erfolgen.

Bei den Experimenten soll untersucht werden, wie eine sogenannte ‚Leichenverwesungsinsel‘ – also der Bereich in unmittelbarer Umgebung einer Leiche – den Nährstoffgehalt des angrenzenden Bodens verändert, was wiederum zu Veränderungen bei den in diesem Boden wachsenden Pflanzen führt. Das offensichtlichste Ergebnis wäre eine große Freisetzung von Stickstoff in den Boden, vor allem im Sommer, wenn die Zersetzung schnell voranschreitet. Je nachdem, wie schnell die Pflanzen auf den Stickstoffzufluß reagieren, kann es zu Veränderungen der Blattfarbe und des Reflexionsvermögens kommen.

Der sich der Körper eines großen Tieres, z. B. eines Rehs, wahrscheinlich auf die Pflanzen in ähnlicher Weise auswirken würde, werden die Wissenschaftler auch untersuchen, wie Verbindungen, die nur beim Menschen vorkommen, das Aussehen einer Pflanze verändern würden. Hypothetisch wäre es sogar möglich, daß der Körper einer vermißten Person, die beispielsweise starker Raucher war, auf die umliegenden Pflanzen anders wirkt als der eines Nichtrauchers – ein Unterschied, der den Suchtrupps helfen könnte, den Schwerpunkt ihrer Suche einzugrenzen.

Das Team hat bereits ein Gerät entwickelt, das die Fluoreszenzsignaturen ganzer Pflanzen analysiert. Im Zuge der weiteren Arbeiten muß es jedoch noch verfeinert und miniaturisiert werden, bevor es praktisch in Drohnen eingesetzt werden kann, um die bodengebundenen Suchmannschaften zu unterstützen.


Um zu zeigen, wie viel Gutes kleine Drohnen tun, hat die Firma DJI inzwischen eine Online-Weltkarte und einen Zähler eingerichtet, die zeigen, wie viele Menschen bereits von Drohnenbetreibern gerettet worden sind. Nach Angaben des Unternehmens haben Drohnen nicht nur vermißte Menschen gefunden, damit andere sie retten konnten, sondern sie haben auch Vorräte zu eingeschlossenen Überlebenden gebracht, ebenso wie sie bewußtlose Menschen in Rauch und Dunkelheit fanden.

Mitte Oktober 2020 wird mit dem 500. geretteten Menschenleben ein Meilenstein erreicht, als Hilfssheriffs in Missouri eine DJI-Drohne mit Wärmebildkamera einsetzen, um eine vermißte 93-jährige Frau zu finden – was trotz völliger Dunkelheit in nur vier Minuten gelingt. Um Informationen über Drohnenrettungen zu sammeln, durchsucht DJI die sozialen Medien und nimmt Berichte aus einer Vielzahl von Quellen entgegen.


Ein neuer und besonderer Bereich ist der Einsatz von Drohnen im Zusammenhang mit COVID-19 – soweit er über die reine Beobachtung und Drangsalierung der Bevölkerung hinausgeht, wie sie bereits weiter oben beschrieben worden ist. Die ersten entsprechenden Meldungen stammen vom März 2020.


Zum einen sind da die Forscher der University of South Australia (UniSA) um Prof. Javaan Singh Chahl, die gemeinsam mit dem kanadischen Drohnen-Spezialisten Draganfly an einer Pandemie-Drohne arbeiten, die dank ihres Sensorsystems die Temperatur, Herz- und Atemfrequenz der Menschen, sowie Husten und Niesen erkennen – und dadurch in Menschenmassen das Coronavirus aufspüren soll. Die Firma Draganfly wird in der Jahresübersicht 2006 ausführlich vorgestellt.

Chahl hatte bereits 2017 gemeinsam mit Ali Al-Naji und Asanka Perera einen Bildverarbeitungs-Algorithmus vorgestellt, der aus einem Drohnen-Video die Herzfrequenz eines Menschen ableiten kann. Mittlerweile können Herz- und Atemfrequenz mit Drohnen aus 5 – 10 m Entfernung gemessen werden, während andere Algorithmen Husten und Niesen identifizieren.

Die Forscher arbeiten nun mit der Draganfly daran, die Technologie, die ursprünglich vor allem für den Einsatz in Kriegs- und Katastrophengebieten gedacht war, in Drohnen zu integrieren, die dann von Regierungen, aber auch von Kunden aus dem medizinischen oder kommerziellen Bereich genutzt werden sollen.

Getestet wird die Technologie in Westport, Connecticut, wobei gegenüber Datenschutzbedenken betont wird, daß die Technologie zwar biometrische Daten erfaßt, aber keine Gesichtserkennungs-Technologie nutzt. Die Software wird vielmehr verwendet, um Muster innerhalb der Bevölkerung zu entdecken. Die Polizei in Westport ist der Ansicht, daß der Einsatz von Drohnen nicht nur der Sicherheit der Öffentlichkeit dient, sondern auch den Polizeibeamten selbst die Möglichkeit gibt, sich aus Gefahrenzonen herauszuhalten.

FlyNex-Drohne

FlyNex-Drohne


Zur gleichen Zeit wird aus Hamburg gemeldet, daß die Corona-Krise dazu geführt hat, schneller als gedacht Drohnen als Lufttaxis für medizinische Zwecke einzusetzen, wie es bislang nur in Pilotprojekten geschehen ist. Demnach hat das 2015 gegründete Leipziger Unternehmen FlyNex zusammen mit dem Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI), Lufthansa Technik, ZAL, der GLVI, der Stadt Hamburg und anderen Anfang Februar unter echten Bedingungen gezeigt, daß der Transport von medizinischen Gütern zwischen Krankenhäusern einwandfrei möglich ist.

Neben dem Projekt Medifly-Hamburg unterstützt FlyNex jetzt auch Ersthelfer und Behörden auf eigene Kosten, wenn Drohnen aus der Luft bei Staumessungen, zum Transport oder zu anderen Zwecken fliegen sollen. Erste Einrichtungen und Behörden haben schon Kontakt aufgenommen, um bei Engpässen und bestimmten Aufgaben auf Drohnen-Flüge zurückgreifen zu können. Mehr über Transport- und Lieferdrohnen findet sich weiter unten.


Ebenfalls im März geht ein kurzes Smartphone-Video viral, auf dem eine Drohne mit einen kleinen Hund Gassi geht. Auch diese Aufnahme aus Limassol in Zypern gehört zu den weltweiten Nachrichten über die Abriegelung von Städten und die soziale Distanzierung. ‚Herrchen‘ beherzigt jedenfalls die Empfehlung, während des Lockdowns zu Hause zu bleiben – auch wenn er mit seiner ferngesteuerten Drohne die Kothaufen nicht aufsammeln kann.

Ich möchte allerdings darauf hinweisen, daß die Idee des Zyprioten keinesfalls originär ist, denn eine Drohne, die einen Hund ausführt, ist schon 1989 in dem SF-Film Zurück in die Zukunft 2 zu sehen – und erscheint wiederum am 21. Oktober 2015, dem Back to the Future Day, in einem Werbespot von Mercedes-Benz für autonomes Fahren.


Im April beginnen in Ghana Drohnen des US-Startups Zipline Inc. Coronavirus-Testproben von mehr als 1.000 Gesundheitseinrichtungen zu Labors in den Städten Accra und Kumasi zu  transportieren. Daneben werden die Drohnen eingesetzt, um nicht verwendete Tests, Schutzausrüstung wie Handschuhe und Masken sowie Verbrauchsmaterialien wie Impfstoffe und Krebsmedikamente von den Verteilungszentren zu ländlichen Gesundheitseinrichtungen zu transportieren.

Ein ähnliches Programm soll in den kommenden Wochen in North Carolina in den USA starten. Das US-Verkehrsministerium und Zipline hatten geplant, im Herbst mit dem Lieferprogramm zu beginnen, aber wegen Covid-19 wird der Start nun beschleunigt. Mehr über die Zipline und ihre Transporttechnologie findet sich in der Jahresübersicht 2015.


Im gleichen Monat April wird eine Drohne namens Aertos 120-UVC vorgestellt, die das in Lenexa, Kansas, beheimatete und von Jeff Alholm und Rod Underdown gegründete Unternehmen Digital Aerolus konstruiert hat und die auf der sehr robusten Drohne Aertos 120 basiert, die zur Inspektion von industriellen Anlagen entwickelt worden ist.

Aertos 120-UVC

Aertos 120-UVC

Bekanntermaßen wird UV-C-Licht bereits eingesetzt, um z.B. medizinische Schutzkleidung schonend von Viren und anderen Schädlingen zu befreien. LEDs, die ultraviolettes Licht im C-Band emittieren, sind wiederum klein und leicht genug, um auf Drohnen montiert zu werden. Im Fall der Aertos 120-UVC sind es 36 Stück – und mit Hilfe einer Software, die auf KI basiert, navigiert das Fluggerät  in jedem Raum, ohne gegen ein Hindernis zu stoßen, wobei es eine Fläche von 2 m2 innerhalb von fünf Minuten desinfiziert, indem es diese mäandernd überfliegt. Das Unternehmen verspricht, daß 99 % der Schädlinge dies nicht überleben.

Die Digital Aerolus bereitet bereits die Serienproduktion vor und will ab Mai größere Stückzahlen ausliefern. Die Drohnen sollen medizinische Einrichtungen von Viren befreien, aber auch die Innenräume von Kitas, Büros, Pausenräumen und Toiletten, sowie Supermärkte und Lagerhallen, öffentliche Verkehrsmittel u.a. Ihre Flugzeit ist allerdings auf etwa 10 Minuten begrenzt.

Ein weiterentwickeltes Industrie-Modell Aertos 130IR wird im Oktober vorgestellt. Es verfügt über einen Rahmen aus Kohlefaserverbundwerkstoff, mit Klebeband umwickelte Tragegriffen, ummantelte Propeller sowie eine omnidirektionale Anordnung von neun Sensoren, darunter LiDAR- und Tiefenerkennungseinheiten. Diese Sensoren ermöglichen der Drohne nicht nur die Durchführung von Kartierungsaufgaben und Inneninspektionen von Kraftwerken, Bergwerken, Schornsteinen, Brücken und Rohren, sondern erlauben ihr auch, ihre Position im dreidimensionalen Raum zu halten.

Die Aertos 130IR ist zusätzlich mit einem LED-Scheinwerfer, einer kardanisch aufgehängten optischen Kamera und einer Infrarotkamera ausgestattet. Eine separate FPV-Kamera (First Person View) überträgt Echtzeit-Videos an den Bediener, obwohl die Drohne auch autonom fliegen kann.


Im Mai folgt der Bericht über das 2016 gegründete Drohnen-Startup EagleHawk One Inc., das sich bereits jetzt auf die Zeit vorbereitetet, wenn wieder große Veranstaltungen in Stadien stattfinden und die Tribünen wahrscheinlich nach jeder Nutzung desinfiziert werden müssen.

Das neue System besteht aus einem ferngesteuerten, gefesselten Oktokopter, der über zwei an einem Ausleger montierte Düsen einen Desinfektionsmittelnebel abgibt. Dieser fällt auf die Tribüne und bedeckt alle freiliegenden Oberflächen. Bei einer Vorführung auf dem Sahlen Field in der Heimatstadt des Unternehmens, Buffalo, die kurz zuvor stattgefunden hat, sieht man eine zweite ‚Assitenz-Drohne‘, die den Zufuhrschlauch des Desinfektionsmittels trägt.

Nach Angaben von EagleHawk kann mit dem System eine größere Fläche in kürzerer Zeit desinfiziert werden, als dies bei manueller Arbeit möglich ist, es sei außerdem billiger und setzt weniger Arbeiter dem Risiko einer Exposition aus. Das Unternehmen hat bereits Anfragen von mehreren Sportstätten erhalten.


Im Juni 2020 gibt die niederländische Firma NXP Semiconductors N.V. mit den HoverGames Challenge 2 unter dem Motto ,Help Drones Help Others During Pandemics‘ ihren zweiten Entwicklerwettbewerb bekannt, bei dem es diesmal darum geht, Drohnen- und Rover-Lösungen zu entwickeln, um Menschen in Zeiten einer Pandemie zu unterstützen. Bei der ersten Ausgabe des HoverGames-Wettbewerbs im Vorjahr ging es um Ideen zur Brandbekämpfung.

Entwickler, auch in Teams bis zu drei Personen, sollen in dieser Runde die Schwierigkeiten analysieren, denen sich die Gesellschaft während einer Pandemie gegenüber sieht, und ihre Erkenntnisse dann dazu nutzen, an Open-Source-Code und gemeinschaftlichen Projekten zu arbeiten. Nach Abschluß der Bewerbungsphase im Juli beginnt die eigentliche Entwicklungsphase, die bis Ende November läuft.

Die Gewinner, die im Dezember bekannt gegeben werden, sind auf dem 1. Platz eine Drohne von SCAREcrow, die Ernte und Vieh vor Wildtieren schützt; eine Drohne zur Erhaltung einer Quarantänezone von Dobrea Dan Marius auf dem 2. Platz; sowie eine Drohne für die Rettung psychisch Kranker von Fabian Pichardo auf dem 3. Platz.

Apian-Drohnen mit Gründern

Apian-Drohnen
mit Gründern


Es gibt sicherlich noch diverse weiteren Beispiele, die eine tiefergehende Recherche zutage fördern würde. Ich beende die Aufzählung mit weiteren Startup in Großbritannien, das ebenfalls von dem Druck auf das Gesundheitssystem profitiert, denn was früher noch sehr lange gedauert hätte, geht plötzlich sehr viel schneller. So erhält die Firma Apian mit Sitz in London im Oktober die Startgenehmigung der britischen Raumfahrtbehörde, um mit Drohnen Corona-Tests und Schutzausrüstungen zwischen Kliniken zu transportieren.

Das von Hammad Jeilani und Christopher Law – Mitarbeiter des staatlichen Gesundheitsdienstes NHS – im Rahmen eines Förderprogramms gegründete Unternehmen will mit den Drohnen den Zeit- und Personalaufwand sowie das Infektionsrisiko im Vergleich zu herkömmlichen Kurierdiensten verringern. Jede Drohne kann etwa 2 kg transportieren und hat mit ihrem Hybrid-Antrieb eine Reichweite von fast 100 km. Sie fliegt in 90 m Höhe, und kann dies auch bei schlechtem Wetter.

Das Projekt Dreadnought wird im Broomfield Hospital angesiedelt, das zum Mid and South Essex NHS Foundation Trust gehört, und wird von der örtlichen Anglia Ruskin University als akademischem Partner unterstützt. Apian installiert dabei eine Drohnenpad-Infrastruktur, damit die Fluggeräte in Krankenhäusern, Labors und Lagerhäusern starten und landen können. Auf diese Weise schafft das Startup auch neue Standards und Best-Practice-Richtlinien.


Nun zu den neuen Einsatzbereichen im allgemeinen – die im Mai mit einem Pressebericht über das Bundesamt für Seeschiffahrt und Hydrografie (BSH) beginnen, das die Schwefelemission von Schiffen vor der deutschen Küste in Nord- und Ostsee demnächst mit Drohnen messen will. Der ursprünglich für dieses Frühjahr vorgesehene dreimonatige Einsatz wird aufgrund der Coronakrise allerdings verschoben. Das Schiffahrtsamt hatte die Nutzung der Drohnen bereits im Januar bei der Europäischen Agentur für die Sicherheit des Seeverkehrs beantragt.

Es stellt sich die Frage, ob eine solche Überwachung überhaupt noch nötig ist, denn offenbar halten sich die Schiffsbetreiber an die Vorgaben, bei denen seit Anfang 2015 ein Grenzwert für den Kraftstoffschwefelgehalt von 0,1 % gilt. Das Bundesamt hatte im Januar nämlich auch mitgeteilt, daß die Luft an den deutschen Küsten schon deutlich sauberer geworden sei. So hätten die Meßstationen in Bremerhaven, Wedel bei Hamburg und Kiel seit 2018 mehr als 19.000 Abgasfahnen von Schiffen analysiert. Bei über 99 % der Messungen seien keine Auffälligkeiten festgestellt worden.


Um wiederum die Wirksamkeit von Klimaschutz-Maßnahmen zu bewerten, entwickeln Forscher der Universität Stuttgart laut Meldungen vom Juni 2020 eine neue Fernerkundungsmethode, indem sie eine Schwerlastdrohne von Exabotix mit der Fourier-Transformationsspektroskopie (FTIR) kombinieren, einer speziellen Form der optischen Spektroskopie. Dabei geht es in erster Linie um Mülldeponien, die u.a. Treibhausgase wie Methan in die Luft abgeben, aber auch um Biogasanlagen, bei deren Betrieb Lachgas und Kohlendioxid in die Atmosphäre gelangen.

Für entsprechende Maßnahmen, um diese Emissionen einzudämmen, ist es unverzichtbar, die Schadstoff-Belastung über den jeweiligen Anlagen zu ermitteln und später die Effektivität der Maßnahmen zu überprüfen. Die bisherigen Methoden der punktuellen Messungen über der Anlage und der  Errichtung von Meßstrecken auf der Windschatten-Seite, bei denen die erfaßten Daten auf die gesamte Emission hochgerechnet werden, erlauben jedoch nur eine Annäherung an die tatsächlichen Werte.

Um die Abgasfahne in allen Höhen und bei unterschiedlichen Windverhältnissen erfassen und modellieren können, nutzen die Wissenschaftler zwei Entwicklungen der jüngeren Zeit: Auf der einen Seite ist die Tragfähigkeit von Schwerlastdrohnen weiter gestiegen, während auf der anderen Seite das Gewicht der FTIR-Systeme auf unter 10 kg gesunken ist. Das System ist zudem sehr flexibel einsetzbar und liefert schon nach wenigen Stunden die ersten Ergebnisse.

Die Vorteile der Kombination sind offensichtlich. Vor allem kann die Drohne verschiedene Höhen anfliegen und Emissionsquellen umkreisen. Die Abgasfahne läßt sich also detailliert erfassen, ebenso wie die sogenannten Hintergrundkonzentrationen der Treibhausgase. Zudem kann die Messung zu verschiedenen Zeitpunkten ohne großen Aufwand wiederholt werden.

Die Wissenschaftler testen das Kombi-System derzeit bei einem Forschungsvorhaben zur ‚Meßstechnischen Überprüfung des Erfolgs von Klimaschutzprojekten an Abfalldeponien‘ (MÜDSE), das durch das Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg gefördert wird.


In diesem Zusammenhang ist zu erfahren, daß auch ein Forschungskonsortium unter der Leitung des Instituts für Flugführung (IFF) der TU Braunschweig seit dem Herbst 2019 am Projekt MesSBAR arbeitet (Automatisierte luftgestützte Messung der Schadstoff-Belastung in der erdnahen Atmosphäre in urbanen Räumen), bei dem es darum geht, vor allem vertikale Meßmethoden zu entwickeln, um bessere Daten darüber zu erhalten, wie sich Schadstoffe verteilen.

Die Forscher setzen dafür drei Quadrokopter ein, die auf einer vertikalen Ebene angeordnet sind und spezielle Sensorik für Feinstaub, Ruß, Stickoxide und Ozon an Bord haben. Entscheidend ist dabei, daß die kleinen Drohnen auch im städtischen oder an viel befahrenen Straßen problemlos abheben und Daten erfassen können.


Ein weiteres Projekt, über das im Juli 2020 berichtet wird, läuft bei der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa), wo ebenfalls eine Drohne entwickelt wird, die Methan-Lecks aufspüren soll. Die Arbeit erfolgt im Rahmen des Horizon2020-Projektes MEMO2 (‚Methane goes Mobile, Measurements and Modelling‘), bei dem sich 20 Forschungsgruppen aus sieben Ländern auf die Ermittlung der Methan-Quellen mittels mobiler Analysegeräte fokussieren.

Ein besonderes Augenmerk wird dabei auf Rumänien gelegt, das mit seinen zahlreichen Öl- und Gasfeldern eine der Hauptquellen der europäischen Methanemissionen darstellt. Um das Methan zu quantifizieren, wird ein präziser und leichter Quantenkaskaden-Laser (QCL) entwickelt, der auf einer Drohne montiert werden kann. Damit läßt sich die dreidimensionale Verteilung von Methan in der Umgebung einer Quelle bestimmen.

Ardea

Ardea


Bereits im Mai berichten die Fachblogs über das EU-Projekt Autopilot (‚Automated Driving Progresses by the Internet Of Things‘) bei dem es u.a. um das autonome Parken von Fahrzeugen mit Drohnenhilfe geht. Das vom Institut für Verkehrssystemtechnik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) zusammen mit mehr als 40 Partner entworfene Konzept erlaubt es dem Fahrer, sein Roboterauto an einem festgelegten Punkt wie dem Büro abzustellen und es per App zum Einparken zu schicken.

Das hinter dem Teilprojekt ‚Automated Valet Parking‘ stehende IT-System weiß, wo sich in der Nähe freie Stellplätze befinden, navigiert das Fahrzeug dort hin und parkt es ein – im Bedarfsfall auch rückwärts. Die Informationen zu den freien Parkplätzen stammen von einer vernetzten und vollautonom Drohne, die einen festgelegten Kurs in einer Höhe von 2 – 3 m abfliegt und mit vier Ultra-Weitwinkel-Kameras Daten sammelt, mit dienen das System Aussagen dazu treffen kann, wo die Autos abstellbar sind, die optimale Route ermitteln und auch Hindernisse auf dem Weg entdecken.

Die hierfür genutzte Drohne Ardea hatte das DLR-Institut für Robotik und Mechatronik ursprünglich gefertigt, um Katastrophengebiete zu erkunden und dabei zu helfen, Personen in nicht sicher betretbaren oder schon teilweise eingestürzten Gebäuden aufzuspüren. Deshalb fliegt sie relativ tief und unabhängig von Satellitennavigationsdaten. Der 2,4 kg schwere Trikopter mit einer Flugzeit von ca. 10 Minuten war der Öffentlichkeit erstmals im Jahr 2016 vorgestellt worden.


In diesem Kontext soll auch erwähnt werden, daß Berichten vom August zufolge Audi am Standort Neckarsulm einen eigens entwickelten Hexackpter für die Lokalisierung versandfertiger Autos einsetzt. Das Fluggerät überfliegt autonom die Fahrzeugversandflächen in rund 10 m Höhe auf vordefinierten Routen und erkennt und speichert mittels GPS- und RFID-Technologie die genaue Position aller überflogenen Fahrzeuge.

Sobald die Drohne wieder landet, werden die Daten über W-LAN in eine Datenbank übertragen und das Ergebnis auf einer digitalen Landkarte für die Mitarbeiter dargestellt. Das Pilotprojekt wird aktuell in eine dauerhafte Serienerprobung überführt.

Vulkan-Vermessung

Vulkan-Vermessung


Ebenfalls im Mai präsentieren Forscher des Deutschen GeoForschungsZentrum (GFZ) in Potsdam die Ergebnisse einer Reihe von Vermessungsflügen mit optischen und Wärmebildkameras am Vulkan Santa Maria in Guatemala. Da Aufnahmen von aktiven Vulkanen aufgrund der schwierigen Erreichbarkeit sowie der Einsturz- oder Explosionsgefahr eine große Herausforderung darstellen, wird eine Drohne zur Beobachtung des sogenannten Lavadoms eingesetzt, eines zähflüssigen Pfropfens aus Lava. Der Bericht mit dem Titel ‚UAS-based tracking of the Santiaguito Lava Dome, Guatemala‘ ist im Netz einsehbar.

Die mit unterschiedlichen Kameras bestückte Drohne fliegt in verschiedenen Zeitabständen über den Krater und vermißt mittels einer Art Stereophotographie die Bewegungen eines Lavastroms und eines Lavadoms in bisher noch nie erreichter Genauigkeit. Damit gelingt es, die Fließgeschwindigkeit, die Bewegungsmuster und die Oberflächentemperatur des Vulkans zu erfassen und aus diesen Daten die Fließeigenschaften der Lava abzuleiten. Diese Parameter sind für eine Gefahrenvorhersage an explosiven Vulkanen wichtig.


Im Juni 2020 wird über ein Programm in Peru berichtet, das Drohnen einsetzt, um urbane Siedlungen zu kartieren. Damit sollen die Wohnrechte der unterversorgten Anwohner verbessert und die Widerstandsfähigkeit der Siedlungen gegen den Klimawandel erhöht werden. Die von Drohnen aufgenommene Luftbilder haben einen großen Vorteil gegenüber Satellitenbildern: Da Drohnen in geringer Höhe fliegen und qualitativ hochwertige Bilder aufnehmen, können sie auch Details wie z.B. die Größe der Grundstücke und die kleinen Wege erfassen, die für dichte informelle Siedlungen charakteristisch sind.

Demnach wurde bereits im Januar ein 80 Mio. $ teures Gemeinschaftsprojekt der Weltbank und der peruanischen Agentur für die Formalisierung informellen Eigentums (COFOPRO) genehmigt, das den Einsatz von Drohnen vorsieht, um das peruanische Stadtkataster zu aktualisieren (‚PERU – National Urban Cadaster and Municipal Support Project‘). Derzeit verfügen nur acht der 522 Stadtverwaltungen Perus über vollständige und aktualisierte Kataster.

Ziel dieses Projekts ist es, den Schutz vor Naturkatastrophen und extremem Wetter zu verbessern, städtische Dienstleistungen in informellen Stadtvierteln anzubieten und die Stadtplanung im Hinblick auf Nachhaltigkeit und Inklusivität zu verbessern. An dem Projekt werden 22 Gemeinden in den Provinzen Lima, Chiclayo, Lambayeque und Piura beteiligt.

Aktualisierte Kataster haben sich schon bei der Nothilfe nach Naturkatastrophen und beim Wiederaufbau als hilfreich erwiesen: Als in Ecuador 2016 ein Erdbeben der Stärke 7,8 Teile der Stadt Portoviejo zerstört, setzen die Behörden Drohnen-Aufnahmen aus der Zeit vor und nach dem Erdbeben ein, um die Gebiete zu identifizieren, die vorrangig Hilfe benötigen. Weitere erfolgreiche Fälle des Einsatzes von Drohnen zur Landkartierung sind aus Albanien (2013), Kenia und Fidschi (beide 2019) bekannt.


Im gleichen Monat veröffentlichen Prof. Michael Pittman von der University of Hong Kong und Thomas G. Kaye von der Foundation for Scientific Advancement in Sierra Vista, Arizona, einen Bericht über den Einsatz einer autonomen Hexakopter-Drohne namens Laser Raptor (o. Hunter Drone), die ein als Laser-stimulierte Fluoreszenz bekanntes Verfahren nutzt, um bei Nacht nach Fossilien zu suchen. Die Suche wird nachts durchgeführt, damit das Sonnenlicht das Laserlicht nicht stört.

Die Drohne wird tagsüber mit einer Flugbahn vorprogrammiert, die das zu durchsuchende Gebiet abdeckt. Das Fluggerät wird dann nachts gestartet und folgt selbständig den programmierten GPS-Wegpunkten, während es eine Höhe von 4 m über dem Boden beibehält. Während des Flugs wird der Boden mit einem Laser bestrahlt. Wenn sich in dem gescannten Gebiet Fossilien befinden, leuchten sie aufgrund ihres besonderen Mineralgehalts, während die umliegenden Felsen und der Boden dunkel bleiben.

Nach dem Flug der Drohne analysiert ein Computer die von der integrierten, nach unten gerichteten Videokamera aufgenommenen Bilder. Werden verräterische Fluoreszenzsignale entdeckt, werden deren GPS-Koordinaten notiert, damit die Paläontologen später zu diesen Stellen reisen können. Standbilder des Bodens, die von einem eingebauten Stroboskoplicht beleuchtet wurden, helfen den Wissenschaftlern bei der Lokalisierung der Fossilien.

Der Laser Raptor ist bereits erfolgreich in den Badlands von Arizona und Wyoming getestet worden. In Zukunft könnte die Drohne auch für die Suche nach Edelmetallen, Edelsteinen oder sogar archäologischen Artefakten eingesetzt werden.

SensorCopter

SensorCopter


Auch in dem schon mehrfach behandelten Einsatzbereich der Inspektion von Windkraft- und Solaranlagen gibt es Neuigkeiten. Im August 2020 wird beispielsweise der speziell für die Offshore-Windkraft entwickelte SensorCopter der 2015 gegründeten und im österreichischen Linz beheimateten Firma Aero Enterprise GmbH (anfangs: Aerodyne Systems GmbH) vorgestellt, der autopilotiert, robust, starkwindfähig bis etwa 14 m/s Windstärke, salzwassertauglich, schwimmfähig und gut transportabel ist.

Die Hubschrauber-ähnliche Drohne mit einem Rotordurchmesser von über 2 m übernimmt die äußerliche, optische Inspektion von Zuständen an Offshore-Windkraftanlagen und erfaßt Bauteile wie Rotorblätter, Spinner, Gondel und Turm von allen Seiten. Die erhobenen Daten werden dann aufbereitet und von einem qualifizierten Gutachter auf Schäden oder Auffälligkeiten begutachtet. Leider sind darüber hinaus keinerlei technische Daten des SensorCopters zu finden.

Grund für das Auftreten in der Presse ist, daß die Hamburger Buss Energy Group, einer der größten europäischen On- und Offshore-Windenergie-Anbieter, zu diesem Zeitpunkt 24,9 % des Linzer Startups übernimmt, nachdem der oberösterreichische HightechFonds bereits im Herbst 2018 einen Anteil von 12,5 % gekauft hatte.


Im Dezember folgen Berichte über Drohnen mit modernster technischer Ausstattung, die zur Erkundung von Seltenen Erden entwickelt werden. Hierzu statten Ingenieure des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) Drohnen mit speziellen Kameras aus, um die begehrten Ressourcen anhand von Spektraldaten zu identifizieren. Als Beispiel wird Neodym genannt, ein wichtiges Element der Seltenen Erden, das auf eine charakteristische Weise elektromagnetische Wellen im Bereich des sichtbaren bis nahen Infrarotlichts absorbiert und daher als Schlüsselelement bei explorativen Arbeiten herangezogen werden kann deshalb.

In der Praxis arbeiten die Ingenieure mit der reflektierenden Spektroskopie, einem nicht unbedingt neuem Verfahren, das auch Hyperspectral Imaging (HSI) genannt wird. Solche Hyperspektralsensoren, die mit Wellenlängen vom ultravioletten Bereich bis zum langwelligen Infrarot arbeiten, wurden schon an Flugzeugen und Satelliten befestigt, um aufgrund von Reflexionseigenschaften z.B. die Vegetation oder Bodenformationen zu erfassen.

Bei der Umsetzung werden zwei Arten von Drohnen verwendet: ein Starrflügler zur schnellen Erfassung photogrammetrischer Daten als Grundlage für digitale Oberflächenmodelle und dann einen Multikopter für die HSI-Erfassung. Um die neue Erkundungstechnik unter Praxisbedingungen zu testen, wählen die Forscher jeweils 10.000 m2 in Regionen aus, in denen Mineralien mit seltenen Erden theoretisch vorkommen, wie den Alkali-Karbonatit-Komplex Marinkas Quellen im Süden von Namibia, sowie ein Areal in der Gegend von Siilinjärvi in Finnland, wo ebenfalls Karbonatite zu finden sind.

Die Resultate belegen, daß die neue Lösung den Vorteil schneller Durchlaufzeiten und niedrigschwelliger Erkennungsgrenzen bietet und daher ideal zur Unterstützung aktiver Erkundungsarbeiten geeignet ist.

 

Weiter mit den Elektro- und Solarfluggeräten 2020 ...