Chinesischer Algorithmus schlägt menschliche Drohnenpiloten um Längen

Ein Forscherteam der Zhejiang-Universität in Hangzhou hat einen neuartigen Algorithmus entwickelt, der autonomen Quadrocopter-Drohnen komplexe Flugmanöver ermöglicht, wie die South China Morning Post (SCMP) berichtet. Während ein menschlicher Drohnenpilot nur ein Achtel aller Hindernisse in einem Versuchsaufbau ohne Fehler bewältigen konnte, schafften die algorithmisch gesteuerten Drohnen alle davon. Details wurden in der Fachzeitschrift Science Robotics veröffentlicht.

In der Natur sind Kunstflug-Manöver weit verbreitet, z. B. bei Raubvögeln. Diese passen bei der Jagd Geschwindigkeit und Richtung rasch an, um Hindernisse zu umgehen. Drohnen sind dagegen üblicherweise auf das Einhalten eines Sicherheitsabstands programmiert.

Software- statt Hardware-Verbesserungen

„Diese biologische Weisheit, die Umwandlung von risikoreichen Manövern in überlebenswichtige Belohnungen, ist der Schüssel, traditionelle Drohnenflug-Muster neu zu definieren“, sagt Gao Fei von der Zhejiang-Universität gegenüber der SCMP. Üblicherweise werde versucht, Drohnen durch bessere Hardware, etwa stärkere Motoren oder genauere Sensoren, zu verbessern. 

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Sein Team habe sich stattdessen auf die Planung besserer Flugmanöver konzentriert, so der Forscher. „Wir haben gezeigt, dass Quadrocopter-Drohnen allein intelligente Algorithmen anspruchsvollere Flugmanöver ermöglichen können, ohne dass Hardware-Upgrades erforderlich sind“, ergänzt er.

Algorithmus funktioniert nur in bekannter Umgebung

Das neue Softwaresystem basiert auf 2 wesentlichen Teilen: Einerseits die Übersetzung von Bewegungs-Absicht, d. h. gewünschte Flugmanöver werden in einzelne umsetzbare Ziele umgewandelt. Andererseits wird eine Risiko-Nutzen-Bewertung durchgeführt, die Hindernisvermeidung, Energieeffizienz und Kunstflugleistung gegeneinander abwägt.

Nachdem man die gewünschte Kunstflug-Strecke im System eingibt, generiert dieses einen Flug-Pfad und führt ihn ohne weiteren menschlichen Eingriff sicher aus. Das funktioniert allerdings nur in bereits erschlossener Umgebung. An Orten, der Algorithmus nicht „kennt“, ist autonomer Kunstflug nicht möglich.

Wettbewerb zwischen Mensch und Algorithmus

Um den Algorithmus zu testen, führte das Forschungsteam einen Direktvergleich mit einem menschlichen Piloten mit 5 Jahren Erfahrung durch. Auf der Teststrecke lagen mehrere 1,2 Meter breite Rechtecke, die durchflogen werden sollten. Außerdem sollten kopfüber 6 große Schleifen geflogen werden.

Die algorithmisch gesteuerte Drohne erledigte die Aufgabe fehlerfrei und in jeder Runde auf die exakt gleiche Art und Weise. Der Pilot dagegen schaffte nur 3 von 24 Versuchen fehlerfrei und brauchte zwischen einzelnen Manövern viel Zeit, um die Drohne wieder in der Luft zu stabilisieren.

„Das bestätigt, dass die Fähigkeit des Systems, komplexe Manöver zu generieren und auszuführen, ein Niveau erreicht hat, das die menschlichen Fähigkeiten übersteigt“, sagt Gao. Weiters sei der autonome Flug viel effizienter als der menschlich gesteuerte.

Herausforderungen für den praktischen Einsatz

Derzeit funktioniert die algorithmische Steuerung nur für einzelne Drohnen. Mit einem ganzen Drohnen-Schwarm kann das System noch nicht umgehen.

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Für den Echtzeit-Einsatz ist das System ebenfalls noch nicht geeignet, weil es vorab schon eine genaue Karte der Umgebung benötigt. Wenn diese Herausforderung gemeistert ist, könnte es allerdings in Zukunft in Katastrophenfällen eingesetzt oder für Filmaufnahmen genutzt werden.