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Luftfahrt Größte Hürde für Drohnendienste ist Koordination am Himmel.

Amazon testet Drohnen für seinen Luft-Zustelldienst Prime zur Zeit in Kanada
Amazon testet Drohnen für seinen Luft-Zustelldienst Prime zur Zeit in Kanada - Foto: APA/EPA/AMAZON / HANDOUT
Die futurezone hat mit dem MIT-Experten Nicholas Roy über die Herausforderungen für Amazon Prime und andere geplante kommerzielle Drohnendienste gesprochen.

Der Online-Versandhändler Amazon ließ im Dezember 2013 mit dem Plan aufhorchen, kleinere Pakete in Zukunft mit unbemannten Flugdrohnen ausliefern zu wollen. Die Ankündigung wurde zunächst eher belächelt, mittlerweile können aber auch andere Unternehmen der Idee etwas abgewinnen. Nicholas Roy, ein Wissenschaftler, der sich auf der US-Eliteuniversität Massachusetts Institute of Technology (MIT) mit der Entwicklung neuer Drohnentechnologien beschäftigt, war unlängst in Wien zu Gast. Auf der MIT Europe Konferenz der Wirtschaftskammer hielt er einen Vortrag über die "Drohnen-Revolution". Der futurezone gab Roy bei dieser Gelegenheit ein Interview.

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Nicholas Roy bei der MIT Europe Konferenz in Wien - Foto: WKO/ Paul Landl

futurezone: Drohnen für Lieferdienste sind mit einer Reihe von Problemen konfrontiert. Sie können nicht überall landen, fliegen nur bei gutem Wetter und können nicht allzu viel transportieren. Währen andere Beförderungsmittel nicht verlässlicher?
Nicholas Roy: Es gibt technische Grenzen, die man lösen muss. Ich glaube, dass man sie lösen kann.

Bis wann?
Es wird teilweise einige Zeit dauern. Kurzfristig wird die Navigation ohne GPS gelöst werden. Die meisten Drohnen hängen sehr davon ab, GPS ist aber recht unzuverlässig. Sensoren an Bord sind zuverlässiger, man kann damit GPS-Ausfälle kompensieren. Mittelfristig wird man die Witterungsprobleme lösen können. In drei bis fünf Jahren werden wir einen tieferen Einblick in Windmuster haben, die Fluggeräte werden intelligenter und robuster sein. Ich glaube auch, dass die Zuverlässigkeit von Drohnen innerhalb der nächsten fünf Jahre stark zunehmen wird.

Was wird man nicht so schnell lösen können?
Die Koordination aller Drohnen am Himmel wird länger dauern. Bei Drohnen kann man nicht von Flugverkehrskontrolle reden. Man denkt dann an Sprechfunk mit einem Tower. Bei Drohnen kann man das anders lösen. Aber wenn Amazon, Google, DHL und all diese anderen Unternehmen ihre eigenen Drohnendienste betreiben, müssen sie sich miteinander koordinieren. Und es wird ziemlich lange dauern, bis man das gelöst hat.

Halten Sie eine vom bemannten Flugverkehr separate Kontrollinstitution für Drohnen für notwendig?
Ich denke, das wird von Land zu Land stark variieren. Ich glaube nicht, dass hier eine Lösung für alle passt. In den USA fällt jede Art von Flugverkehr unter die Kontrolle der FAA. Innerhalb der FAA gibt es allerdings verschiedene Einheiten, die verschiedene Dinge steuern. In Australien gibt es dagegen mehrere Agenturen, die sich mit dem Flugverkehrsmanagement befassen. Die koordinieren sich untereinander. Aus technischer Sicht gibt es keine richtige Antwort auf diese Frage. Viele Herausforderungen und Lösungen dafür unterscheiden sich von Land zu Land und von Kultur zu Kultur.

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Drohnen treten nicht in Sprechfunkkontakt mit dem Tower - Foto: REUTERS/GARY CAMERON

Gerade über dicht besiedelten Gebieten herrschen große Sicherheitsbedenken. Was können Drohnenbetreiber tun, um die Regulierungsbehörden von der Sicherheit ihrer Drohnen zu überzeugen?
Bisher hat sich recht klar gezeigt, dass die meisten Drohnen nicht sicher genug sind. Es gibt mechanische Probleme, Probleme mit dem Flugweg, Probleme mit der Verbindung zwischen Pilot und Drohne, Sense-and-Avoid-Systeme und mehr. Es gibt etablierte Prozeduren, um zu zeigen, dass Dinge sicher sind. Man muss mit den Regulatoren zusammenarbeiten, ihnen die Technologie vorführen, Flugpläne demonstrieren etc. Damit ermöglicht man eine richtige Einschätzung der Technologie und ihrer Einsatzfähigkeit. Dann stellt sich die Frage, wie Regulationen aussehen sollten, sobald die Fluggeräte als sicher eingestuft worden sind.

Nur als Beispiel: Die USA hat einen großteils einheitlichen, nicht geteilten Luftraum. Also bemannte und unbemannte Flugzeuge fliegen im selben Gebiet. Andere Länder, etwa Australien, separieren ihren Luftraum. Bemannte Flugzeuge sind dort ohne vorhergehende Genehmigung nicht unterhalb einer gewissen Flughöhe erlaubt. Die regulatorische Vorgehensweise in den USA sieht deshalb sehr unterschiedlich zu jener in anderen Ländern aus, unabhängig von der Sicherheitsfrage.

Heutzutage fliegen die meisten Drohnen mit Batterien und können nur recht kurze Zeit fliegen. Wird es in Zukunft mehr Drohnen mit anderen Antrieben geben oder halten sie bedeutende Fortschritte bei der Batterietechnik für realistisch?
Es ist wichtig zu realisieren, dass es ferngesteuerte Flugzeugmodelle bereits seit Jahrzehnten gibt. Die haben alle Verbrennungsmotoren. Also eigentlich gibt es Drohnen mit hoher Reichweite bereits seit vielen, vielen Jahren. Das waren hauptsächlich Fixflügler und sie wurden hauptsächlich von Hobbypiloten gesteuert. Was sich geändert hat, ist, dass es heute intelligentere Fluggeräte gibt, die leichter für gewöhnliche Menschen zu fliegen sind. Auch Batterien machen die Sache einfacher. Organischer Treibstoff ist weiterhin der beste Treibstofftyp in puncto Energiedichte. Muss man also unbedingt Batterietechnik verwenden? Nicht notwendigerweise. Es gibt auch andere Technologien. Wenn man also eine Drohne für lange Distanzen will, könnte man einen Verbrennungsmotor einbauen. Es kommt nur auf das Ziel des Fluges an.

Denke ich also, dass die Batterietechnik verbessert wird? Ja, absolut. Denke ich, dass sie sich schnell weiterentwickelt? Ich wünschte, es ginge schneller. Wir sind teilweise vom Mooreschen Gesetz verwöhnt. Die Anzahl von Transistoren auf gleich großen Computerchips verdoppelt sich alle zwei Jahre. Es gibt also alle zwei Jahre doppelt so schnelle Computer. Batterietechnologie entwickelt sich nicht so schnell weiter, aber das taten bisher die wenigsten Technologien. Kurzstreckenflüge werden heute meist von Rotor-Fluggeräten durchgeführt, etwa durch Quadcopter. Da wird viel Energie aufgewendet, um das Fluggerät in der Luft zu halten. Batteriebetriebene Fixflügler haben völlig ausreichende Reichweiten und Flugzeiten. Damit kannst du ohne Probleme eine bis zwei Stunden in der Luft bleiben.

Lia Reich
Fixflügler sind energieeffizienter als Drehflügler, aber sie brauchen Platz zum Starten und Landen - Foto: AP/Jacquelyn Martin

Waren mit Fixflüglern auszuliefern, könnte aber noch schwieriger werden, könnte ich mir vorstellen.
Das ist wahr, aber deshalb spreche ich gerne über Hybriddrohnen. Wenn man eine Hybriddrohne hat, die sich beim Großteil des Fluges in Fixflüglermodus befindet und für Start und Landungen in VTOL-Modus übergeht, dann hat man das Beste aus beiden Welten. Die Energieeffizienz von Vorwärtsflug, aber auch die VTOL-Fähigkeit.

Sie sehen also großes Potenzial in Hybriddrohnen?
Hybrid-Fluggeräte, etwa Kipprotoren, Senkrechtstarter, Heckstarter, die wurden in den 1950er- und 60er-Jahren ausführlich erforscht. Sie hatten ein sehr schlechtes Image, weil sie schwierig zu steuern waren, speziell während der Übergangsphasen von einem Flugmodus zum anderen. Aber das waren große Fluggeräte zur Personenbeförderung. Wir können heute aber viel besser steuern und wir haben viel bessere Computer und Sensoren.

Deshalb gibt es jetzt eine großartige Gelegenheit, um zurückzugehen und alle diese Hybrid-Fluggeräte erneut zu analysieren. Mit einer Aerodynamik- und Steuerungsperspektive mit modernen Steuerungstechniken und modernen Computern. Speziell in kleinen Formfaktoren. Je kleiner die Form, desto größer die Viskosität des Luftstroms.
Tilt-Rotors haben ein schlechtes Image wegen den Problemen der V-22 Osprey. Kennen Sie die?

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Bell-Boeing V-22 Osprey - Foto: REUTERS/HANDOUT

Ich kenne die Osprey, aber welche Probleme meinen Sie?
Die V-22 Osprey wird von den Marines benutzt und in Japan ist sie verboten, denn es hat Unfälle gegeben, speziell beim Übergang zwischen Vorwärtsflug und Schwebeflug. Für viele Hybrid-Fluggeräte sind diese Übergänge ein Knackpunkt. Aber dieser Ruf ist unbegründet für kleinere Fluggeräte. Ich glaube, dass Kipprotoren sehr überzeugend sein können.

Das Problem Lärmbelästigung scheint bei der Diskussion um kommerzielle Drohnendienste meist ignoriert zu werden. In Österreich hat es sogar schon Beschwerden wegen des Fluglärms von Drohnen gegeben. Wie wird dieses Problem in Zukunft behandelt werden?
Derzeit gibt es keine kommerziell erwerbbaren Drohnen, die versuchen, den erzeugten Lärm zu minimieren. Meiner Meinung nach ist das ein lösbares Problem, dem sich allerdings bisher niemand angenommen hat.

Es ist vielleicht nicht komplett lösbar, aber wenn man Komponenten mechanisch isoliert und wenn die Rotorblätter so geschliffen werden, dass sie ruhiger sind, dann wird das den Lärm deutlich reduzieren. Wenn ein Fluggerät schwebt, ist das außerdem eine der lautesten Tätigkeiten. Viele Beschwerden über Fluglärm stammen von Quadrotor-Drohnen. Beim Vorwärtsflug haben Sie ein ganz unterschiedliches Lärmprofil, das normalerweise kein Problem darstellt. Ich glaube mit sorgfältiger Bauweise kann man das Lärmproblem in den Griff bekommen.

In Europa sind viele Menschen skeptisch, dass Videos, die mit Drohnen aufgezeichnet werden, unter Rücksicht auf den Datenschutz behandelt werden. In den USA erforscht der TV-Sender CNN dagegen gerade mit der FAA, wie man Drohnen im Journalismus einsetzen kann. Haben Sie sich mit Datenschutz-Fragen rund um Drohnen beschäftigt?
Die kürzeste Anwort, die ich darauf geben kann, ist, dass es auch hier große Unterschiede zwischen verschiedenen Ländern gibt. In Europa, speziell in Deutschland, Österreich und der Schweiz, gibt es starke Datenschutzeinrichtungen. Europäer haben große Erwartungen, was die Wahrung ihrer Privatsphäre betrifft.

Es gibt hier gute Prinzipien und Praktiken, die angewendet werden. In den USA gibt es zwar Privatsphären-Bedenken, aber schwächere Datenschutzgesetze. In Australien gibt es starke Datenschutzbehörden, aber gleichzeitig gibt es eine offenere Kultur. Für mich bedeutet das, dass unterschiedliche Länder zu unterschiedlichen Lösungen kommen müssen. Einige Menschen sind skeptisch, aber wie man ihre Privatsphäre schützen kann, das wird relativ gut verstanden. Ich glaube, das Problem betrifft auch nicht nur unbemannte Flugzeuge, sondern jede Art von Technik, die mit einer Kamera ausgestattet ist, seien es Mobiltelefone, selbstfahrende Autos, etc..

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Kameras auf Drohnen wecken oft Unbehagen - Foto: REUTERS/MIKE SEGAR

Welches ist das ihrer Meinung nach drohnenfreundlichste Land derzeit?
Ich nenne Ihnen gleich ein paar. Australien ist ziemlich fortschrittlich. Dort wird das Ganze von der zivilen Flugsicherheitsbehörde CASA kontrolliert. Die sind sehr fortschrittlich, die wollen ihre Drohnenindustrie florieren lassen, die wollen global den Weg vorgeben. Kanada ist auch sehr fortschrittlich und will diese Industrie fördern. Die Schweiz scheint auch sehr fortschrittliche Regeln zu haben. Über Österreich weiß ich leider noch zu wenig.

In Österreich gibt es nach einer Gesetzesnovelle verschiedene Fluggeräte-Kategorien.
Das macht Sinn. Es sollte verschiedene Kategorien geben.

Theoretisch würde das auch kommerzielle Drohnendienste ermöglichen, aber es gibt immer noch große Sicherheitsbedenken.
Ich glaube im Grunde, dass die Technologie für große kommerzielle Drohnendienste noch nicht bereit ist. Es müssen noch einige Dinge passieren, bevor so etwas Realität wird.

Also denken Sie, dass Amazon noch ein paar Jahre weiterforschen wird?
Ich denke, Amazon wird noch eine Zeit lang mit Forschung beschäftigt sein, ja.

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Amazon Prime wird wohl noch etwas auf sich warten lassen - Foto: APA/EPA/AMAZON / HANDOUT

Ich habe gehört, sie forschen gerade am Ersetzen von Laser-Sensoren auf Drohnen durch Kameras. Worum geht es dabei genau?
Ich beschäftige mich seit einiger Zeit mit der Navigation ohne GPS. Laserscanner waren ein großer Meilenstein für Roboter am Boden. Von 1995 bis 2005 hat man einen großen Wandel dabei gesehen, wie Roboter ihre Umgebung wahrnehmen und sich darin zurechtfinden können. Das deutsche Unternehmen Sick hat eine Reihe von Produkten herausgebracht, die sehr nützlich dafür waren, um Robotern am Boden mehr Autonomie zu verleihen. Die Laser von Sick waren aber zu schwer für Flugzeuge. 2006 brachte Hokuyo Automation einen kleinen Laser-Entfernungssensor heraus, der einen großen Einfluss auf unbemannte Fluggeräte hatte.

Doch sogar der Hokuyo-Laser ist immer noch relativ schwer. Der kleinste, den sie machen, wiegt nur 150 Gramm. Das ist nicht viel, aber reduziert die Zuladung von kleinen Drohnen enorm. Meine Forschungsgruppe hat Hokuyo-Laser nun einige Zeit verwendet, sie waren eine große Hilfe für uns, aber ich denke, Computervision und Kameras sind aber soweit ausgereift, dass wir damit genausoviel machen können, wie mit einem Laser. Wir haben bisher gute Resultate mit einer Monokular-Kamera beim Navigieren durch einen Raum gehabt. Sie ist noch nicht so gut wie ein Laser, aber ich denke, wir werden das Niveau erreichen.

Was hat es mit ihren Forschungen zu Wind auf sich?
In den letzten zehn Jahren haben wir Drohnenflug hauptsächlich in Innenräumen erforscht. In Boston ist es im Winter kalt. Es ist nett, drinnen herumzufliegen. Außerdem hatten wir so keine Probleme mit Vorschriften. Seit zwei Jahren fliegen wir immer mehr draußen, erforschen Umweltbedingungen, Windbedingungen. Es ist klar, dass Windmuster in Städten sehr komplex und schwierig zu verstehen sind. Gebäude erzeugen Wirbel, spiralförmige Strömungen. Und die sind eine Herausforderung für den Flug.

Wenn man etwa etwas mit einer Drohne ausliefert, dann würdest du das nicht mitten in einem Luftwirbel machen wollen. Du solltest dich eher zu einem Ort bewegen, wo die Luft ruhiger ist. Hier Modelle aufzustellen, ist herausfordernd, aber daran arbeiten wir gerade. Wir verstehen immer besser, was in der Umgebung abläuft, wie wir effizienter planen können, wie wir Drohnen robuster machen und so weiter.

Frage des Tages

  • Würden Sie sich gern Pakete per Drohne liefern lassen?


(futurezone) Erstellt am 01.04.2015, 06:00

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