Von Honigbienen inspiriert: Bee Nav steuert Drohnen sicher durch Gewächshäuser
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Die neue Navigationstechnik „Bee-Nav“ von Forschern der Technischen Universität Delft, der Universität Wageningen und der Carl-von-Ossietzky-Universität Oldenburg reduziert den Rechenbedarf von Drohnen und macht deren Flüge sicherer.
Das von Honigbienen abgeleitete Verfahren ermöglicht es selbst sehr kleinen Robotern, sich weit von ihrem Ausgangspunkt zu entfernen und erfolgreich zurückzukehren – und das mit einem neuronalen Speicher von nur 42 Kilobyte.
Bienen nutzen Schrittzähler
In einer neuen Umgebung führt der Roboter zunächst einen kurzen Lernflug in der Nähe seines Ausgangsortes durch, genau wie Honigbienen. Danach kann sich dieser Hunderte Meter entfernen und dennoch den Weg zurückfinden. Roboter müssen selbstständig navigieren können – auch dort, wo kein GPS verfügbar ist.
Die meisten Systeme tun dies, indem sie detaillierte Karten der Umgebung erstellen. Das erfordert aber viel Rechenleistung und Speicherplatz, was teuer und energieintensiv ist.
Honigbienen zeigen, dass es eine viel effizientere Lösung gibt. Trotz ihrer winzigen Gehirne können sie weite Strecken zurücklegen und dennoch nach Hause finden. Dabei hilft ihnen die Odometrie: Anhand visueller Bewegungshinweise schätzen sie ein, wie weit und in welche Richtung sie sich bewegt haben – wie mit einer Art „Schrittzähler“, verdeutlicht Guido de Croon von der Technischen Universität Delft.
Punkte verfeinern Navigation
Der Schrittzähler ist allerdings ungenau. Je grösser die Entfernung, desto stärker die Abweichung. Deshalb verlassen sich Insekten auch auf ihr visuelles Gedächtnis. Sie merken sich markante Punkte auf ihrem Weg, die sie später wiedererkennen.
Bee-Nav-gesteuerte Roboter unternehmen zunächst kurze Lernflüge in der Nähe ihrer Basis. Dabei sammeln sie Panoramabilder der Umgebung. Ein kleines neuronales Netzwerk merkt sich diese Bilder.
Werden die Flüge länger, kommen neue Bilder hinzu, es entsteht eine Kette von markanten Punkten, die zur Orientierung auf dem Heimflug verwendet werden. Roboter und Bienen hangeln sich gewissermassen an diesen Bildern entlang, bis sie daheim ankommen.
Bei einem Test im niederländischen Drohnen-Forschungsfeldlabor „Unmanned Valley“ in Valkenburg bei Maastricht flog die Drohne mehr als 600 Meter weit und kehrte meist zuverlässig zurück.
Eine vielversprechende Anwendung ist die Überwachung von Gewächshäusern. Leichte Drohnen könnten Pflanzen inspizieren und Krankheiten oder Schädlinge frühzeitig erkennen, wodurch Landwirte ihren Ertrag steigern und gleichzeitig Abfall reduzieren könnten.
Quelle: pressetext.redaktion/Wolfgang Kempkens
Bildquelle: tudelft.nl