Robotik-Forschende der Universität Zürich zeigen, wie Drohnen vor dem Absturz bewahrt werden, sollte einer von vier Rotoren ausfallen. Dank eingebauten Kameras fliegen die Drohnen auch ohne GPS stabil weiter.

Flugzeuge können problemlos weiterfliegen, wenn ein Motor ausfällt. Aber für Drohnen mit vier Propellern – auch Quadrokopter oder Quadrorotor genannt – stellt ein solcher Ausfall ein ernstes Problem. Funktionieren nur drei Rotoren, verliert die Drohne an Stabilität und stürzt unweigerlich ab – es sei denn, eine Notsteuerung setzt ein.

Forschende der Universität Zürich und der Delft University of Technology haben nun eine Lösung dafür gefunden: Fällt ein Rotor plötzlich aus, können die Informationen von eingebauten Sensoren genutzt werden, um die Drohne zu stabilisieren und sie autonom weiterfliegen zu lassen.

Drohnen beginnen sich zu drehen wie eine Ballerina
«Wenn ein Rotor ausfällt, fängt die Drohne an, sich wie eine Ballerina um sich selbst zu drehen», sagt Davide Scaramuzza, Leiter der Gruppe für Robotik und Wahrnehmung der Universität Zürich (UZH) und der Forschungseinheit «Rescue Robotics Grand Challenge» des Nationalen Forschungsschwerpunkts Robotik des Schweizerischen Nationalfonds (SNF), welcher die Studie finanziert. «Die schnelle Rotationsbewegung führt dazu, dass herkömmliche Steuerungen versagen. Es sei denn, die Drohne hat Zugang zu sehr genauen Positionsmessungen». Sobald die Drohne ins Trudeln gerät, kann sie ihre Position im Raum nicht mehr ermitteln und stürzt ab.

Zwei Arten von Kameras
Um dies zu verhindern, entwickelten die Zürcher Forschenden eine Lösung, indem sie die Drohne mit zwei Kameratypen aufrüsteten. Zum einen bauten sie Standardkameras ein, die mehrere Bilder pro Sekunde schiessen. Zum anderen bestückten sie die Drohne mit speziellen Kameras, die nur aktiviert werden, wenn sich das Licht ändert.

Das Team hat zudem Algorithmen entwickelt, die Informationen von den zwei Sensoren kombinieren, um die Position des Quadrotors in der Umgebung zu verfolgen. So kann der Bordcomputer die Drohne steuern, während sie nur mit drei Rotoren fliegt – und sich dabei ständig dreht.