Robust MADER vom MIT: Damit Drohnen nicht zusammenstoßen
Sobald sich mehrere Drohnen in einem engen Luftraum bewegen, kann es zu Kollisionen kommen. Ein weiterentwickeltes MADER-System des MIT soll das verhindern.
Mehrere Drohnen tauschen Flugbahndaten aus, um Kollisionen zu vermeiden.
(Bild: AerospaceControlsLab (Screenshot))
Sobald mehrere Drohnen kollektiv eine Aufgabe erledigen sollen, kann es eng im Luftraum werden und zu Zusammenstößen führen. Um das zu vermeiden, hat das Massachusetts Institute of Technology (MIT) einen Multi-Agenten-Trajektorienplaner mit der Bezeichnung Robust MADER entwickelt. Das System ermöglicht es einer Gruppe von Drohnen, optimierte, kollisionsfreie Flugbahnen zu erstellen. Jede einzelne Drohne sendet dabei ihre Flugbahn an die anderen Drohnen aus, damit diese wissen, wo sie fliegen dürfen und wo nicht.
Die bereits 2020 entwickelte erste Version von MADER hatte sich in der Praxis nicht bewährt, heißt es vom MIT. Verzögerungen bei der Kommunikation zwischen den Drohnen sorgten dafür, dass die Flugbahndaten zu spät übermittelt wurden und zu Fehlern führten, die eine Kollision erst verursachen konnten.
"MADER funktionierte hervorragend in Simulationen, aber es war noch nicht in Hardware getestet worden. Also bauten wir eine Reihe von Drohnen und begannen, sie zu fliegen. Die Drohnen müssen miteinander kommunizieren, um Flugbahnen auszutauschen, aber sobald man anfängt zu fliegen, merkt man ziemlich schnell, dass es immer wieder Kommunikationsverzögerungen gibt, die zu Fehlern führen", sagt Kota Kondo, Doktorand der Luft- und Raumfahrttechnik am MIT.
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Die Wissenschaftler, die ihre Ergebnisse in "Robust MADER: Decentralized Multiagent Trajectory Planner Robust to Communication Delay in Dynamic Environments", die auf Arxiv veröffentlicht sind, festgehalten haben, entwickelten daraufhin einen neuen Algorithmus, der etwaige Übermittlungsverzögerungen ausgleicht.
Mit Verzögerung zum Ziel
Der Algorithmus enthält einen Verzögerungsprüfschritt. Die Drohne wartet eine Zeit lang, bevor sie eine neue optimierte Flugbahn einschlägt, um auf neue Flugbahninformationen der anderen Drohnen reagieren zu können. Erhält die Drohne während der Wartezeit neue Daten, kann sie ihre zuvor berechnete Flugbahn aufgeben und eine neue Flugbahn berechnen und einschlagen.
Das neue System testeten die Forscher in Simulationen sowie in der Praxis mit sechs echten Drohnen und zwei Lufthindernissen. Dabei kamen sie auf eine Erfolgsquote von 100 Prozent, wie die Wissenschaftler schreiben. Zwar reduzierte sich die Fluggeschwindigkeit der Drohnen dadurch auf 3,4 m/s, allerdings kam es so zu keinen Zusammenstößen mehr. Zum Vergleich: Mit dem alten MADER-System kam es zu sieben Kollisionen.
"Wenn man sicherer fliegen will, muss man vorsichtig sein. Wenn man nicht mit einem Hindernis kollidieren will, braucht man logischerweise mehr Zeit, um an sein Ziel zu gelangen. Wenn man mit einem Hindernis zusammenstößt, ist es egal, wie schnell man fliegt, weil man sein Ziel nicht erreicht", sagt Kondo.
In einem nächsten Schritt soll das System außerhalb des Labors im Freien mit mehr Hindernissen getestet werden. Auch wollen die Forscher die Drohnen mit visuellen Sensoren ausstatten, damit sie andere Drohnen und Hindernisse erkennen und sie die Daten in ihre Flugbahnberechnungen einbeziehen können.
(olb)