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Andreas Thoma hat 2500 Welten gebaut – Städte und kleine Ortschaften, Landschaften mit Wäldern, Hügeln und Tälern. Diese virtuellen dreidimensionalen Welten nutzt er, um eine Technologie zu testen, die er im Rahmen seiner Promotion weiterentwickelt hat: die Optimierung der Wegführung bei automatisierten Drohnenflügen.

Automatisierte Pfadplanung für Drohnen gibt es bereits. Aber sie hat deutliche Grenzen. Bislang ist eine Drohne nur so "intelligent" wie derjenige, der ihr die Parameter für die Route vorgibt. Je detaillierter die Vorgaben sind, desto einfacher, schneller und vor allem sicherer findet das Fluggerät den Weg ans Ziel. Was aber ist, wenn diese Parameter nicht hinreichend bekannt sind und wenn eine manuelle Steuerung durch Pilot:innen nicht möglich ist? Andreas Thoma nennt ein Beispiel: "In Australien werden automatisiert fliegende Drohnen eingesetzt, um Feuerwehrleute bei der Bekämpfung von Buschbränden zu unterstützen." Qualm und Hitze erschweren den Einsatz, zudem hängt oftmals das Wohlergehen der Wehrleute davon ab, dass die Drohnen an ihren Einsatzort kommen.

Andreas Thoma steht kurz vor dem Abschluss seiner Promotion, die er am Fachbereich Luft- und Raumfahrttechnik in Kooperation mit dem Royal Melbourne Institute of Technology (RMIT) betreibt. Betreut wird er von Prof. Dr. Carsten Braun (FH), Ass. Prof. Dr. Alessandro Gardi (RMIT, Khalifa University) und Dr. Alex Fisher (RMIT). "In meiner Forschungsarbeit geht es um die Hindernisvermeidung bei Drohnenflügen", erläutert er. Im Vordergrund steht dabei die Entwicklung mathematischer Verfahren, die der sogenannten Pfadplanung zugrunde liegen. "Eine Möglichkeit ist es, die Parameter für die Pfadplanung automatisiert zu definieren", sagt der Nachwuchswissenschaftler, "alternativ können wir den Algorithmus auch so weiterentwickeln, dass die exakte Wahl der Parameter weniger entscheidend ist als heute und eine grobe Abschätzung ausreicht."

Bei seiner Arbeit greift er unter anderem auf das Vorbild der Natur zurück. "Insekten wählen einfache Strategien", erläutert Andreas Thoma, "wenn sie auf ein Hindernis zufliegen, reduzieren sie automatisch ihre Geschwindigkeit. Wenn sie in der Ferne ein Hindernis entdecken, gehen sie in den Steigflug über und können ihre Geschwindigkeit beibehalten." In Kooperation mit Kolleg:innen der Universität Bielefeld beobachtete er das Verhalten von Hummeln – die Ergebnisse flossen in die mathematische Modellierungsarbeit ein.

Zum Einsatz kommen auch neuronale Netze. Sie ergänzen die klassischen Sensordaten – eine einfache Entfernungsmessung zu den nächsten Hindernissen – durch die Auswertung von Bilddaten. Dadurch kann der Pfadplaner die Umgebung weitergehend erfassen und Hindernisse besser umfliegen. Wie gut diese Ansätze funktionieren, erforscht Andreas Thoma mit den 2500 Welten, die er virtuell gebaut hat. In seinen Simulationen fliegen die Drohnen in diesen Welten von Punkt zu Punkt – dank der Forschungsarbeit mit optimierter Wegführung; sicherer, schneller und einfacher.

Eine Erprobung der neuen Rechenverfahren mit realen Drohnenflügen ist derzeit in Vorbereitungnicht Teil von Andreas Thomas Forschungsarbeit. Andreas Thoma wird diese jedoch nur teilweise begleiten. Aber er betont: "Die neuen Algorithmen können auf bestehende Pfadplaner aufgesetzt werden." Bis zu einem vollautomatischen Einsatz in der Praxis ist es noch ein weiter Weg, aber in Backup- und Assistenzsystemen kann das Verfahren schon bald zum Einsatz kommen. Für einen Teil seiner Arbeit ist Andreas Thoma bei der Australian International Aerospace Conference (AIAC) Anfang März mit dem Preis für das "best student paper" ausgezeichnet worden; und auch nach Abschluss seiner Promotion wird er weiter in diesem Themenfeld arbeiten, sein neuer Arbeitgeber ist der Luftfahrtkonzern Airbus Defence and Space.