Eine autonome Drohne mit "Event"-Kamera. Bild: UZH
Drohnen können nun im Dunkeln und ohne GPS fliegen. Dass haben ihnen Zürcher Forscher beigebracht.
Es ist erstaunlich wie akkurat die Drohne im FlyRoom der Universität Zürich ihre Runden zieht. Erstaunlich, weil sie es selbstständig, ohne menschliche Steuerung und ohne Hilfe des Globalen Positionierungssytems GPS tut. Denn dieses funktioniert in geschlossenen Räumen nicht. Stattdessen nutzt die Drohne zur Orientierung eine Kamera und einen Bordcomputer. «Wenn ich jetzt das Licht ausschalten würde, würde so eine Drohne normalerweise die Orientierung verlieren, denn die Kamera braucht Licht», sagt Henri Rebecq, Doktorand in der Robotics Perception Group von Professor Davide Scaramuzza. Sekunden später schaltet Henri das Licht aus, und es passiert: nichts. Die Drohne bleibt auf Kurs. Denn sie trägt einen neuartigen Sensor, der es ihr erlaubt sowohl bei Tag- als auch bei Schummerlicht zu fliegen. Dieser Sensor ist so gross wie ein Zigarrenstummel und besteht aus einer normalen Kamera und einer sogenannten «Event»-Kamera, die nur Helligkeitsunterschiede detektiert.
Hilfe bei Erdbeben
Dank des neuen Sensors kann die Drohne autonom fliegen. Sie muss nicht von Menschen gesteuert werden. So könnte sie nach einem Erdbeben in kollabierte Gebäude fliegen um dort nach Überlebenden zu suchen. Bei Rettungs- und Bergungsaktionen könnte sie helfen, da die autonome Drohne schnell in unwegsamem Gelände vorwärtskommt. Alternativen zu der «Event»-Kamera wären Wärmebildkameras. Doch die haben den Nachteil, dass sie nur Dinge erkennen deren Temperatur sich unterscheidet. Und: bei hoher Geschwindigkeit liefern sie verwackelte Bilder.
Am menschlichen Auge abgeguckt
«Die «Event»-Kamera ist so schnell, dass sie selbst bei einer Geschwindigkeit von 700 km/h noch scharfe Bilder macht», erklärt Scaramuzza. Denn die Kamera, die 2014 an der Universität Zürich entwickelt wurde, funktioniert nicht wie normale Kameras, die kontinuierlich Bilder aufnehmen. Sie macht nur dann ein Bild, wenn sich etwas in der Helligkeit der Szenerie ändert. Dieses Prinzip haben sich Forscher am menschlichen Auge abgeguckt: Hier treffen Lichtteilchen auf Fotorezeptoren, aber erst eine bestimmte Anzahl von Lichtteilchen löst einen Nervenreiz aus. Bei der «Event»-Kamera treffen Lichtteilchen auf Pixel, die nur dann ein Signal liefern, wenn sich die Anzahl der eintreffenden Lichtteilchen verringert oder erhöht.
Indem die neu entwickelte Kamera nicht ständig Bilder schiesst, spart sie auch Strom. Das ist wichtig, damit Drohnen, die auf eine Batterie angewiesen sind, länger in der Luft bleiben können, erklärt Guido de Croon von der Technischen Universität Delft in den Niederlanden. Er forscht ebenfalls an autonom fliegenden Drohnen und hält die Arbeit von Davide Scaramuzza für bahnbrechend und vielversprechend zum Beispiel für Anwendungen in der Landwirtschaft. Hier könnte eine Drohne dank des neuen Sensors lange Zeit über einem Feld schweben.
Facebook ist interessiert
Bereits interessiert sich auch Facebook für Scaramuzza´s Sensor. Die Facebook-Tochter Oculus arbeitet in der Schweiz an Virtual-Reality-Brillen. Mit solchen Brillen kann man sich in einer virtuellen Umgebung erleben, zum Beispiel in einem Videospiel. Doch für den 3D Effekt der Brillen braucht es bisher externe Kameras, die man zum Beispiel im Wohnzimmer aufhängt. Wäre der neue Sensor an der VR-Brille befestigt, könnte man sich schneller und unabhängiger in der virtuellen Realität bewegen. «Die Facebook-Tochter hat schon versucht meine Doktoranden abzuwerben», sagt der Scaramuzza und lacht. Das hat bei Henri aber nicht geklappt. Er wird weiter an autonom fliegenden Drohnen forschen.