Der Aufstieg von Drohnenschwärmen in der Technik

Drohnen werden immer beliebter für ganz unterschiedliche Anwendungen in der Industrie und Forschung. Sie sind leichter als Autos und brauchen weniger Treibstoff, was sie im Falle eines Unfalls sicherer macht. Drohnen können verschiedene Aufgaben erledigen, von Fotos machen bis hin zu Paketen ausliefern. Kürzlich haben Forscher Gruppen von Drohnen untersucht, die als Drohnenschwärme bekannt sind und zusammenarbeiten, um gemeinsame Ziele zu erreichen. Die Nutzung von Schwärmen ist ein Schritt nach vorn im Vergleich zu einzelnen Drohnen, da sie gemeinsam mehr Dinge erledigen können als eine Drohne allein.

Drohnen-Schwärme können in vielen Situationen eingesetzt werden. Sie sind nützlich in Notfällen, beim Kartografieren von Umgebungen, zur Sicherheitsüberwachung und beim Durchführen von Aufklärungsmissionen. Indem sie im Team arbeiten, können Drohnen mehrere Pakete gleichzeitig liefern, was die Lieferungen effizienter macht. Die australische Regierung setzt sogar auf Drohnen und Schwarmtechnologie als wesentliche Bestandteile zukünftiger Technologien. Forscher weltweit schauen sich an, wie Drohnen kommunizieren, zusammenarbeiten und sich in Formationen bewegen.

#Was ist Formationsflug?

Formationsflug sehen wir in der Natur, besonders bei Vögeln. Zum Beispiel fliegen Gänse in einer V-Formation während ihrer Migration, um Energie zu sparen. Inspiriert davon fliegen Militärflugzeuge in Formationen für bessere Sicht und Sicherheit. Drohnen können ebenfalls von Formationsflügen profitieren. Wenn Drohnen zum Beispiel in einer Such- und Rettungsmission sind, können sie in Formation Fliegen, um ein grösseres Gebiet abzudecken. Bei der Lieferung von Waren über lange Strecken hilft das Fliegen in Formation, Batterielebensdauer zu sparen, was wichtig ist, da die meisten Drohnen nur etwa 30 Minuten fliegen können.

Wenn Drohnen in einem Schwarm fliegen, können sie sich gegenseitig vor den Druckkräften des Winds schützen. Das ist besonders an windigen Tagen nützlich, da sich die Drohnen so positionieren können, dass der Wind weniger Einfluss hat. Darüber hinaus kann das Fliegen in Formation dazu beitragen, Energie zwischen den Drohnen zu teilen, was den gesamten Schwarm effizienter macht.

#Die Bedeutung des Drones Formation Dataset (DFD)

Um das Fliegen in Formation und dessen Vorteile besser zu verstehen, erstellen Forscher ein Drones Formation Dataset (DFD). Dieses Dataset ist wichtig, um zu studieren, wie verschiedene Formationen den Energieverbrauch und die Gesamtleistung beeinflussen. Die meisten bisherigen Studien zu Drohnenformationen wurden mithilfe von Computersimulationen durchgeführt. Ein öffentlich zugängliches Dataset, das echte Daten über Drohnenschwärme und ihren Energieverbrauch erfasst, gab es jedoch nicht.

Das DFD-Dataset erfasst, wie sich Drohnen beim Fliegen in verschiedenen Formationen verhalten. Die Forscher haben die Drohnen in kontrollierten Innenräumen getestet, um genaue Daten zu sammeln. Sie verwendeten spezielle Technologie, um sicherzustellen, dass die Drohnen sich genau lokalisieren und präzise Formationen fliegen können. Die untersuchten Formationen umfassen Column, Front, Vee und Echelon. Die Forscher haben auch untersucht, wie Windbedingungen die Leistung dieser Formationen beeinflussen.

#Wie die Drohnen getestet wurden

Die Tests fanden drinnen aus Sicherheitsgründen statt. Die Verwendung kleinerer Drohnen, speziell DJI Edu Tello-Drohnen, ermöglichte kontrollierte Experimente. Diese Drohnen haben zwei Kameras für eine bessere Positionierung. Das Standard-Positionierungssystem der Drohnen war jedoch nicht immer genau, besonders beim Fliegen in Gruppen. Um dieses Problem zu lösen, entwickelten die Forscher ein neues Indoor-Positionierungssystem mit Markern, die QR-Codes ähneln. Dieses neue System half den Drohnen, ihre genauen Positionen zu verstehen.

Während der Tests flogen die Drohnen in Gruppen und kommunizierten über einen bestimmten Router. Jede Drohne erhielt Befehle durch ein programmiertes Computerskript. Die Forscher sammelten Daten über das Verhalten der Drohnen, darunter ihre Geschwindigkeit, den Energieverbrauch, die Temperatur und den Batteriestatus während der Flüge. Diese Beobachtungen sind entscheidend, um zu analysieren, wie unterschiedliche Formationen den Energieverbrauch beeinflussen.

#Datenanalyse zum Batterieverbrauch

Die Forscher sammelten Daten von den Drohnen, um zu sehen, wie verschiedene Flugformationen den Batterieverbrauch beeinflussen. Sie führten Tests unter drei Windbedingungen durch: kein Wind, Frontwind und Seitenwind. Sie fanden heraus, dass bestimmte Formationen, wie die Vee-Formation, bei Windstille weniger Energie verbrauchten. Das lag an den hilfreichen Kräften, die durch das enge Fliegen der Drohnen erzeugt wurden.

Unter windigen Bedingungen könnte die gleiche Formation zu einem höheren Energieverbrauch führen, da der Wind zusätzlichen Widerstand erzeugt. Im Gegensatz dazu erwies sich die Column-Formation als effizienter im Umgang mit Seitenwinden und ermöglichte es den Drohnen, Energie zu sparen.

#Beobachtungen aus verschiedenen Formationen

Bei der genaueren Betrachtung einzelner Drohnen innerhalb von Formationen fanden die Forscher interessante Muster. In der Front-Formation zum Beispiel erzeugte die in der Mitte positionierte Drohne hilfreiche Abwärtskräfte, die die angrenzenden Drohnen beeinflussten. Das bedeutete, dass die beiden seitlichen Drohnen Änderungen in Beschleunigung und Stabilität erlebten, je nachdem, wo sie sich im Verhältnis zur mittleren Drohne befanden.

Unter windigen Bedingungen hatten die Drohnen unterschiedliche Widerstandslevels. Die Daten zeigten, dass die Drohne, die am weitesten vom Wind entfernt war, weniger Energie verbrauchen sollte, aber tatsächlich am meisten verbrauchte. Das könnte am ursprünglichen Batteriestatus gelegen haben, der den gesamten Energieverbrauch beeinflusste. Es hob hervor, wie der Ladezustand einer Drohne einen erheblichen Einfluss haben kann, unabhängig von ihrer Position in der Formation.

#Die Rolle der Bedingungen beim Drohnenflug

Die Experimente berücksichtigten auch, wie Windbedingungen den Energieverbrauch in Drohnenschwärmen beeinflussen. Die Forscher stellten die Windgeschwindigkeit ein, um verschiedene Bedingungen zu simulieren. Dadurch sammelten sie wertvolle Daten darüber, wie gut verschiedene Formationen helfen, Energie unter unterschiedlichen Szenarien zu sparen. Die Ergebnisse können zukünftige Studien und praktische Anwendungen von Drohnenschwärmen leiten.

Mit den Herausforderungen, die das Arbeiten im Freien mit sich bringt, wo Sicherheit ein Anliegen ist, kann das Testen in Innenräumen den Forschern helfen, zuverlässige Daten zu sammeln, ohne die Risiken, die mit dem Fliegen von Drohnen in unkontrollierten Umgebungen verbunden sind.

#Fazit: Die Zukunft der Drohnenschwärme

Die Untersuchung von Drohnenschwärmen und deren Formationen ist ein spannendes Forschungsfeld. Das Drones Formation Dataset ist eine wertvolle Ressource, die Einblicke gibt, wie Drohnen effizient zusammenarbeiten können. Zu verstehen, wie unterschiedliche Formationen den Energieverbrauch beeinflussen, kann helfen, die Drohnentechnologie und deren Anwendungen zu verbessern.

Da Drohnen weiterhin eine bedeutendere Rolle in verschiedenen Bereichen spielen, einschliesslich Lieferdiensten, Such- und Rettungsaktionen und Umweltstudien, wird das Wissen, das aus diesen Studien gewonnen wird, dazu beitragen, Drohnenschwärme effektiver und zuverlässiger zu machen. Die Zukunft der Drohnentechnologie sieht vielversprechend aus, und laufende Forschung wird dazu beitragen, noch innovativere und praktischere Anwendungen zu entwickeln.