ETH-Forschung

Heimat der Drohnen

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von Marianne Lucien, ETH Zürich

Weltweit führend zu sein in der kommerziellen Drohnentechnologie, das ist das Ziel der Schweiz. Dafür arbeiten Innovatoren und Zulassungsbehörden Hand in Hand, um neben erstklassig ausgebildeten Arbeitskräften auch für den Schutz des geistigen Eigentums zu sorgen. Direkt im Zentrum dieser Anstrengungen: die ETH Zürich mit ihrer Drohnenforschung und ihren erfolgreichen Spin-offs.

Die solargetriebene Drohne des ETH-Projekts "Atlantiksolar". (Source: http://www.asl.ethz.ch/research/flying-robots.html)
Die solargetriebene Drohne des ETH-Projekts "Atlantiksolar". (Source: http://www.asl.ethz.ch/research/flying-robots.html)

In dieser Woche setzt das Weltwirtschaftsforum Drohnen ganz oben auf seine Agenda – mit dem Treffen des Drone Innovators Network an der ETH Zürich. Die geplanten Diskussionen decken das gesamte Spektrum der Drohnennutzung in der Gesellschaft ab, von der Luftverkehrspolitik bis hin zu Paketlieferungen in städtischen Gebieten. Dabei wird auf den Nutzen von Drohnen aber auch auf ihre potenziellen Risiken eingegangen.

In seiner Begrüssungsansprache erinnerte ETH-Präsident Lino Guzzella an die lange Tradition der unbemannten Luftfahrzeugforschung an der ETH Zürich. Bereits Mitte der 80er Jahre startete sie mit einem autonomen Hubschrauberprojekt im Departement Maschinenbau. Seitdem haben ETH-Forschende Pionierarbeit geleistet, um die Drohnenforschung, die so unterschiedliche Bereiche wie Luftfahrt und Landwirtschaft beeinflusst, voranzubringen.

Das Drohnen-Ökosystem in der Schweiz

"Die Schweiz ist heute in der Drohnen-Technologie führend", so Bundesrätin Doris Leuthard in ihrer Eröffnungsrede am Drone Innovators Network. Für die Vorsteherin des UVEK beruht die Führungsrolle der Schweiz bei Drohnen auf "innovativen Unternehmen und Hochschulen sowie einer pragmatischen Regulierung seitens der Behörden, welche die Bedürfnisse von Forschung und Entwicklung berücksichtigt. Dadurch entsteht in der Schweiz ein Umfeld, das für Start-ups, Unternehmen und Forschung gleichermassen attraktiv ist."

"Die Schweiz besitzt eine Innovationskultur, mit der sie für den globalen Wettbewerb gut gerüstet ist", findet Raffaello D’Andrea, Professor für dynamische Systeme und Regelungstechnik an der ETH. Denn die Schweiz ist im Bereich Drohnen nicht nur technologisch führend, sie ist auch bei der Entwicklung entsprechender Gesetze ganz vorne mit dabei. Die Schweizer Innovatoren haben dank der Zusammenarbeit mit den Verantwortlichen im Schweizer Bundesamt für Zivilluftfahrt (BAZL), Unternehmen wie SkyGuide und anderen Beteiligten in Industrie und Forschung direkten Zugang zu politischen Entscheidungsträgern.

Darüber hinaus geniesst das Drohnen-Ökosystem in der Schweiz auch im Hinblick auf den Schutz und die Lizenzierung geistigen Eigentums günstige Rahmenbedingungen. In Verbindung mit gut ausgebildeten und hochmotivierten Arbeitskräften, flexiblen Arbeitsgesetzen und einer langen Tradition als innovativer Technologiestandort ist die Schweiz somit bestens gerüstet, bei kommerziellen Drohnentechnologien eine weltweite Führungsrolle zu übernehmen.

Das Promotionsvideo des ETH Spin-offs Verity Studios (Source: Verity Studios)

In den Labors

Die ETH Zürich ist im Epizentrum der innovativen Schweizer Drohnentechnik und widmet der Drohnenforschung ganze Laboranlagen und Forschungsinstitute. Weshalb investieren Universitäten Zeit und Steuergelder in Drohnen? Ein Blick in die Labore der ETH lässt den Wert der Drohnenforschung und ihr Potenzial für nützliche Anwendungen in unserer Gesellschaft erkennen.

"Roboter leben und lernen" in der Flying-Machine-Arena der ETH Zürich, in der D‘Andrea und sein Team dynamische Systeme und Regelungstechnik erforschen. Mit Quadrokoptern als Forschungsplattform entwickeln sie Algorithmen und loten die Grenzen komplizierter aerodynamischer Effekte aus. Eine ihrer wichtigsten Entwicklungen ist eine "ausfallsichere" Technologie, die das ETH-Spin-off Verity Studios mittlerweile lizenziert hat. Diese ausfallsichere Technologie sorgt dafür, dass moderne Multi- und Quadrokopterdrohnen sicher und zuverlässig betrieben werden können.

Die Grundlage für diese Technologie ist ein Algorithmus, der der Drohne, die sich nach einem Motorausfall in einer Drehbewegung befindet, sagt, wie sie sich selbst stabilisieren und sicher und kontrolliert landen kann. Die Wirksamkeit dieses Systems konnte Verity Studios bei seiner Arbeit für das Broadway-Musical Paramour des Cirque du Soleil demonstrieren. Mehr als 7000 autonome Flüge wurden bei den Vorstellungen ohne einen einzigen Sicherheitsvorfall durchgeführt. Egal ob Fotoaufnahmen, kommerzielle Aufgaben oder industrielle Anwendungen: Drohnen werden zu einem immer gewohnteren Bild am Himmel und ihre Sicherheit rückt mehr und mehr in den Fokus der Forschung.

Das Labor für autonome Systeme der ETH Zürich geführt von Prof. Roland Siegwart konzentriert sich seit weit über einem Jahrzehnt auf die Entwicklung, Steuerung und Navigation von Drohnen mit potenziellen Anwendungen in der Landwirtschaft, für Inspektionsaufgaben in der Industrie, Umweltbeobachtungen sowie Such- und Rettungsdienste. AtlantikSolar, eine der vielen Drohnen, die in diesem Labor entwickelt wurden, war das erste unbemannte, autonome, solarbetriebene Fluggerät, das einem 82 Stunden langen Nonstop-Flug absolvierte und damit einen neuen Weltrekord aufstellte. Kürzlich wurde AtlantikSolar für die Erforschung abgelegener Gletscher in Grönland eingesetzt.

Das hochmoderne, solarbetriebene UAV AtlantikSolar wird für mehrtägige Untersuchungen von Gletschern in der Arktis eingesetzt. (Source: Sun2ice / ETH Zürich)

Die Branche «hebt ab»

Chris Anderson, ehemaliger Chefredaktor des Magazins "Wired", nannte die Schweiz einst das "Silicon Valley der Robotik" – ein Ruf, der zumindest teilweise auf die vielen Drohnenunternehmen zurückzuführen ist, die in der Schweiz gegründet werden und tätig sind. Präsenz Schweiz schätzt, dass es im Land 50 Drohnenunternehmen gibt und dass die Branche bis zum Jahr 2050 europaweit rund 150‘000 neue Stellen schaffen wird.

Zu diesem gewinnträchtigen Jobmotor gehören auch ungefähr zehn Spin-offs der ETH Zürich: Wingtra, Verity Studios und Fotokite sind drei Beispiele. Wingtra stellt Drohnen her, die wie ein Hubschrauber abheben und wie ein Flugzeug fliegen. Die kommerziellen Langstreckendrohnen des Unternehmens sammeln Beobachtungsdaten und kommen im Bergbau ebenso zum Einsatz wir zur Überwachung von Wildtieren.

Verity Studios hatten nicht nur am Broadway Erfolg, sie gingen auch mit der Rockband Metallica und dem berühmten Schweizer Zirkus Knie auf Tour. Zu Beginn dieses Monats konnten Verity Studios eine Wagniskapitalfinanzierung in Höhe von USD 18 Millionen vermelden. Fotokite – ein weiteres Spin-Off aus D’Andreas Labor – ist ein auf Luftbilder spezialisiertes Unternehmen. Als einer der ersten Drohnenhersteller wurde es von der US-Luftsicherheitsbehörde FAA zugelassen und konnten soeben ein Preisgeld in Höhe von USD 1 Million eines Drohnenwettbewerbs in New York einstreichen.

"Der Erfolg der ETH Spin-offs basiert auf ihrer echten Führungsposition beim professionellen Einsatz von Drohnen und der Integration von öffentlicher und privater Nutzung des Luftraums", erklärt Siegwart. (Quelle: ETH News)

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