Die Arbeit dieses Lockheed-Martin-Forschers an UAVs rettet Leben

Eines seiner jüngsten Projekte war die Mitentwicklung des weltweit ersten autonomen unbemannten Flugzeugsystems, bei dem sich das gesamte Fahrzeug – nicht nur seine Rotoren – dreht. Das Mikro-Luftfahrzeug wurde von der Aerodynamik von Ahornsamen inspiriert, deren Drehung ihren Sinkflug verlangsamt und verlängert.

Die Vorteile unbemannter Luftfahrzeuge

Bei einem Großprojekt vor mehr als einem Jahrzehnt arbeiteten Fregene und Kollegen von Lockheed Martin mit Kaman Aerospace aus Bloomfield, Connecticut, an einer unbemannten Version ihres K-Max-Hubschraubers. Der K-Max kann auf einer einzigen Fahrt bis zu 2.700 Kilogramm Fracht befördern. Das Lockheed-Team entwickelte und implementierte Missionssysteme und Steuerungsalgorithmen, die das bereits im Hubschrauber vorhandene Steuerungssystem erweiterten und ihm einen völlig autonomen Flug ermöglichten.

Das US Marine Corps nutzte die autonomen K-Max-Hubschrauber für Nachschubeinsätze in Afghanistan. Es wird geschätzt, dass diese Lieferflüge Hunderte von bodengestützten Konvoieinsätzen überflüssig machten und dadurch Tausende von Truppen davor bewahrten, improvisierten Sprengkörpern, Landminen und Scharfschützen ausgesetzt zu sein.

Die autonome Version des K-Max wurde auch bei Katastropheneinsätzen demonstriert. Es bietet die Möglichkeit, humanitäre Helfer von gefährlichen Situationen fernzuhalten und in Katastrophengebieten eingeschlossene Menschen zu retten.

„Oft ist es besser, lebensrettende Hilfsgüter einzufliegen, anstatt Lastwagen mit Vorräten zu beladen, um sie über Straßen zu transportieren, die möglicherweise nicht mehr befahrbar sind“, sagt Fregene.

K-Max und eines der kleinen UAVs von Lockheed Martin, die Indago, wurden zur Brandbekämpfung eingesetzt. Indago fliegt über in Flammen stehende Gebäude und kartiert die heißen Zonen, auf die K-Max dann Flammschutzmittel oder Wasser tropft.

„Diese gemeinsame Mission zwischen zwei unserer Plattformen bedeutet, dass keine Feuerwehrleute in Gefahr geraten“, sagt Fregene.

Er und sein Team halfen auch bei der Entwicklung des von Ahornsamen inspirierten Samarai, dem ersten autonomen, vollständig rotierenden unbemannten Flugzeugsystem. Die 41 Zentimeter lange Drohne wiegt lediglich 227 Gramm. Es hängt von einem Algorithmus ab, der einem Aktuator mitteilt, wann und wie stark der Winkel einer Klappe, die ihre Richtung bestimmt, angepasst werden muss.

Im Vergleich zu anderen Flugzeugen ist die Spinndrohne einfacher herzustellen, erfordert weniger Wartung und ist weniger komplex zu steuern, da ihre einzige Steuerfläche die Hinterkantenklappe ist.

IEEE Fellow Kingsley Fregene hält den von Ahornsamen inspirierten Samarai hoch, das erste autonome, vollständig rotierende unbemannte Flugzeugsystem.Kingsley Fregene

Leben retten in Nigeria

Fregenes Ziel, die Sicherheit der Menschen zu gewährleisten, begann mit seinem ersten außerschulischen Job als Busschaffner, als er in der sechsten Klasse war. Im Rahmen seiner Arbeit sammelte er in Oghara, Nigeria, einem kleinen Fischerdorf am Niger, Fahrgelder ein und dirigierte Fahrgäste in den Bus und aus dem Bus.

Da es weder Verkehrspolizisten noch Ampeln gab, herrschte an großen Kreuzungen oft Chaos. Es kam zu Verletzungen, und ab und zu stieg er aus und regelte den Verkehr.

„Ich, ein kleiner Kerl, stand mit einem leuchtend orangefarbenen Hemd da draußen und fing an, den Verkehr zu regeln“, sagt er. „Es ist erstaunlich, dass die Leute mir Aufmerksamkeit geschenkt und mir zugehört haben.“

Viele Jugendliche werden durch das Hantieren mit technischen Geräten dazu inspiriert, sich dem Ingenieurswesen zuzuwenden. Nicht Fregene.

„Die Umstände meiner Kindheit boten mir keine Gelegenheit, an Geräte zum Basteln zu kommen“, sagt er. „Wir hatten viele Möglichkeiten, die Natur zu beobachten.“

Das Vorhandensein von Öl- und Gasanlagen in seinem Dorf, das im ölproduzierenden Teil Nigerias liegt, brachte ihn dazu, sich zu fragen, wie diese funktionieren und wie sie ferngesteuert werden können. Sie blieben nicht lange mysteriös.

Während seines Studiums an der Federal University of Technology in Owerri, Nigeria, absolvierte er ein Praktikum bei der Nigerian National Petroleum Corp., die diese Fernbetriebssysteme installierte, sie kalibrierte und ihren Betrieb validierte.

Nachdem er 1996 als Erster seines Jahrgangs einen Bachelor-Abschluss in Elektro- und Computertechnik erlangte, absolvierte er anschließend ein Graduiertenstudium an der University of Waterloo in Ontario, Kanada, wo er Autonomie und automatische Steuerungssysteme erforschte. Während er seinen Master- und Doktorgrad sowohl in Elektrotechnik als auch in Computertechnik erwarb, fand er Zeit, denen zu helfen, die bedürftiger waren als er.

Er schloss sich einem Team freiwilliger Schüler an, die Hausaufgabenclubs organisierten und gefährdeten Grundschülern in der Gemeinde Mentoring boten. Diese Aktivität brachte ihm 2001 den President’s Circle Award der Universität ein.

Wenn Fregene an diese Zeit zurückdenkt, erinnert er sich an die Begegnung mit einem Mädchen, dessen Leben er zum Besseren beigetragen hat.

„Sie wurde die meiste Zeit mit Fußtritten und Schreien herumgeschleppt, um diese Sitzungen zu absolvieren“, erinnert sich Fregene. „Aber sie fing an, an sich selbst zu glauben und daran, was sie tun konnte. Und alles hat sich verändert. Schließlich wurde sie an der University of Waterloo angenommen und wurde Teil des UW-Tutorenteams, das ich leitete.“

Fregene sagt, sein Engagement für das Nachhilfe- und Mentoring-Programm sei darauf zurückzuführen, dass er selbst einmal akademische Unterstützung benötigt habe. Obwohl er in Geschichte und Sprachwissenschaften hervorragende Noten hatte, schnitt er in Mathematik und Naturwissenschaften schlecht ab. In der neunten Klasse änderte sich für ihn alles, als ein neuer Lehrer eine besondere Art hatte, Mathematik zu unterrichten, die „das Licht in meinem Gehirn zum Leuchten brachte“, sagt er. „Meine Noten haben sich gleich nach seinem Erscheinen verbessert.“

Nach Abschluss seiner Promotion im Jahr 2002 begann er als Forschungs- und Entwicklungsingenieur bei Honeywell Aerospace in Minneapolis zu arbeiten. Dort arbeitete er sechs Jahre lang an der Entwicklung unbemannter Luftfahrzeuge, darunter einer Drohne, die zur Fernerkundung chemischer, biologischer, radiologischer, nuklearer und explosiver Gefahren eingesetzt wurde. Die Drohne wurde zum weltweit ersten Flugroboter, der für die Wiederherstellung nach einem nuklearen Katastrophenfall eingesetzt wurde, als sie nach einem Tsunami im Jahr 2011, der Japan heimsuchte und die Stromversorgung und Kühlung des Kraftwerks lahmlegte, in das Kernkraftwerk Fukushima Dai-ichi flog, was zur Kernschmelze in drei Reaktorkernen führte .

Bei Honeywell beschäftigte er sich auch mit mikroelektromechanischen Systemen, die in Gyroskopen und Trägheitsmesseinheiten eingesetzt werden. Beide MEMS-Tools, mit denen die Winkelbewegung eines Körpers gemessen wird, sind in Mobiltelefonen zu finden. Fregene arbeitete auch an einem Steuerungssystem, um die Unvollkommenheiten zu korrigieren, die die Genauigkeit der MEMS-Sensoren beeinträchtigten.

Er verließ das Unternehmen im Jahr 2008, um leitender Ingenieur und Wissenschaftler an der Forschungseinrichtung Lockheed Martin in Cherry Hill, New Jersey, zu werden

Die IEEE-Mitgliedschaft hat ihre Vorteile

Fregene lernte IEEE als Student kennen, indem er Zeitschriften wie die las IEEE-Transaktionen zur automatischen Steuerung und das IEEE Kontroll systeme Magazin, für das er als Gastredakteur tätig war.

Er kam während seines Graduiertenstudiums zum IEEE und diese Entscheidung hat sich seitdem ausgezahlt, sagt er.

Die Kontakte, die er über die Organisation knüpfte, verhalfen ihm zu Praktika in führenden Labors und brachten ihn auf seinen Karriereweg. Nachdem er Forscher auf Konferenzen getroffen oder ihre Artikel in IEEE-Publikationen gelesen hatte, schickte er ihnen Notizen, in denen er sich vorstellte und sein Interesse bekundete, das Labor des Forschers zu besuchen und dort im Sommer zu arbeiten. Die Praxis führte zu Praktika am Los Alamos National Laboratory in New Mexico und am Oak Ridge National Laboratory in Tennessee.

Die IEEE-Verbindungen verhalfen ihm zu seinem ersten Job. Während er an seinem Master-Abschluss arbeitete, hielt er 1999 einen Vortrag auf dem IEEE International Symposium on Intelligent Control.

„Nach meiner Präsentation“, sagt er, „kam jemand von Honeywell vorbei und sagte: ‚Das war eine großartige Präsentation. Das sind übrigens die Dinge, die wir bei Honeywell tun. Ich denke, es wäre ein großartiger Ort für Sie, wenn Sie bereit sind, mit der Arbeit zu beginnen.‘“

Fregene bleibt im IEEE aktiv. Er ist Mitglied des Redaktionsausschusses der IEEE Robotics and Automation Society und fungiert als Mitherausgeber derIEEE Robotics and Automation Magazineund absolvierte kürzlich zwei Amtszeiten als Vorsitzender des technischen Komitees der IEEE für Luft- und Raumfahrtkontrollen.

IEEE „ist die Art von globaler Organisation, die herausragenden Forschern ein Forum bietet, um ihre Arbeit an Kollegen weiterzugeben“, sagt er, „und um Standards festzulegen, die reale Systeme definieren, die die Welt jeden Tag verändern.“