Du triffst nicht! – Drohne weicht automatisch Bällen aus
Um geworfenen Bällen auszuweichen, müssen auch Menschen eine Menge sensorische und motorische Fähigkeiten kombinieren. Forschern der Universität Zürich ist es nun gelungen eine Drohne zu entwickeln, die ebenfalls vollständig autonom fliegenden Bällen ausweichen kann.
Der kleine Quadcopter ist dabei Teil eines Papers mit dem Titel „How Fast is Too Fast The Role of PerceptionLatency in High-Speed Sense and Avoid“ in dem der Einfluss von Latenzzeit verschiedener Sensoren auf die Fähigkeit einer Drohne untersucht wird, Gegenstände auszuweichen.
Das Experiment bezieht dazu bekannte Sensoren, wie Einzelkameras, Stereokamera und auch Event-basierte Kameras ein.
Ereignisbasierte Kameras ermöglichen schnelle Reaktion
Der Kern des Experimentaufbaus ist eine neuartige ereignisbasierte Kamera (engl. event camera) oder Dynamic Vision Sensor, der anders arbeitet, als klassische Videokameras.
Bei einer normalen Kamera wird stets das gesamte Bild, d.h. alle Pixel eines Frames übertragen, bevor dieser durch einen Computer analysiert und daraus Handlungen abgeleitet werden können.
Event Cameras arbeiten anders. Hier werden lediglich die veränderten Pixel von der Kamera in Echtzeit festgestellt und sofort übertragen, ohne das auf den Aufbau eines gesamten Bildes gewartet werden muss. Die Bilder die ein solcher Dynamic Vision Sensor liefert, ähnelt einer Punktewolke vor einem schwarzen oder weißen Hintergrund.
Der große Vorteil dieses Bildsensors liegt auf der Hand: Der Computer kann direkt auf die veränderten Bildinhalte zugreifen und diese verarbeiten und muss nicht zunächst die Veränderungen zwischen verschiedenen Vollbildern ermitteln. Das macht die Analyse der Bilder deutlich schnelle und verringert somit die Reaktionszeit (Latenz) des Systems, die zwischen eintreten des Ereignisses und Umsetzung des Steuerbefehls vergeht.
Bis zu 9 m/s
Die Bälle die auf den kleinen Quadcopter mit einer Event Camera in der Front geworfen wurden, waren dabei bis zu 9 m/s schnell. Das entspricht etwas über 32 km/h. Der Quad hüpft dabei zur Seite, duckt sich weg oder „springt“ über den anfliegenden Ball.
In welche Richtung die Drohen ausweichen muss ist dabei nicht vorgegeben, sondern wird autonom in Echtzeit selbstständig entschieden.
Die Forschungsarbeit ist vor allem aufgrund des differenziert betrachteten Einsatzes von Event Camera interessant. Die Verfasser Davide Falanga, Suseong Kim und Davide Scaramuzza kommen letztendlich zu der Erkenntnis, das Event Cameras vor allem dann einen Vorteil bringen, wenn das Flugsystem in der Lage ist, ebenfalls besonders agil zu reagieren.
Die Agilität einer Drohne hängt hingegen von vielen Faktoren, wie der Größe, dem Gewicht und dem verwendeten Antriebssystem inklusive dem Propellerdurchmesser ab.
Kleinere Drohnen in Quadcopter-Bauweise sind somit meist agiler und können schneller beschleunigen, was für das Ausweichen von Hindernissen förderlich ist.
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Bildquellen
- Dodge Quad Image Source University of Zurich RAL19_Falanga-13: Davide Falanga, Suseong Kim and Davide Scaramuzza | ©
