Forscher testen neuartige Drohnen-Navigationstechnologie auf einer aktiven japanischen Tunnelbaustelle

Damit Drohnen bei Such- und Rettungsmissionen Leben retten oder sogar unsere Pakete zuverlässig ausliefern können, müssen sie unfallfrei durch dynamische Umgebungen navigieren. Unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs) haben es immer wieder geschafft, offene Räume zu steuern, doch die Unvorhersehbarkeit sich bewegender Hindernisse stellte eine Herausforderung dar, insbesondere in Innenräumen ohne GPS-Signale. Kenji Shimada und seine Studenten haben sich diesem Problem angenommen und eine neue Technologie entwickelt, die autonome Flüge in dynamischen Innenumgebungen ermöglicht.

Die neuartigen Technologien Drohnennavigation und Hindernisvermeidung sowie dynamische Hindernisverfolgung und -kartierung wurden im vergangenen Winter auf die Probe gestellt. Shimadas Drohnen wurden im Rahmen eines von den Industriepartnern Toprise Co., Ltd. und Obayashi Corporation gesponserten Projekts damit beauftragt, auf einer aktiven japanischen Tunnelbaustelle zu navigieren und dabei Kollisionen mit sich bewegenden menschlichen Arbeitern zu vermeiden.

„Unternehmen haben erkannt, dass junge Menschen keine gefährliche, körperliche Arbeit mehr verrichten wollen, und investieren deshalb in Robotik, um diese Lücke zu schließen“, erklärt Shimada, Professor für Maschinenbau.

Shimadas Drohnen konnten die 3D-Geometrie der Baugrube vor dem Tunnel vermessen. Wenn diese Informationen mit den Entwurfsdaten verglichen werden, erfahren die Bauherren, welche Teile des Tunnels fertig sind und welche Teile weiter skaliert werden müssen, ohne Menschen zu gefährden.

„Unseres Wissens ist dies das erste Mal, dass 3D-Scans mit einer autonomen Drohne in dynamischen, im Bau befindlichen Tunnelumgebungen durchgeführt wurden“, sagte Zhefan Xu, der leitende Doktorand. Student des Drohnenprojekts.

Um den Weg sich bewegender Objekte, beispielsweise von Menschen bei der Arbeit im Tunnel, vorherzusagen, stellte das Team das erste Echtzeitsystem vor, das eine 3D-Hybridkarte verwendet, um die statische Umgebung zu berücksichtigen und gleichzeitig dynamische Hindernisse zu verfolgen. Mit dieser Technologie verfeinerte das Team seinen bisherigen Algorithmus, um die Echtzeitplanung zu berücksichtigen, die fliegende Drohnen zur Vermeidung von Kollisionen benötigen. Durch das Kombinationssystem können sich die Drohnen annähern, wo es zu einer Kollision kommen könnte, und diese verhindern.

„Die Idee für dieses Projekt entstand aus einer Szene in einem Science-Fiction-Film, in der ein Roboter herumflog und ein unterirdisches Bauwerk inspizierte. Nach einem Jahrzehnt der Forschung zu Drohnen und drei Jahren an diesem Projekt bin ich begeistert, dass wir es geschafft haben „Ich denke, dass diese Technologie einen großen Einfluss auf die Verbesserung der Sicherheit der Arbeiter auf Baustellen haben wird“, sagte Shimada. Diese Forschung wurde auf der 2023 International Conference on Robotics and Automation (ICRA) vorgestellt, die vom Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) organisiert wurde.