Flug DL1889, Anfang August 2015: Der Airbus A320 geriet in eine heftige Gewitterzelle über dem Bundesstaat Colorado. Das Flugzeug wurde von starken Turbulenzen durchgeschüttelt, große Hagelkörner schlugen auf den Rumpf ein und beschädigten die Flugzeugnase, in der das GPS-System untergebracht war. Nicht nur das – die Hagelkörner hatten zudem die Scheiben des Cockpits zertrümmert. Übersät von feinen Rissen, konnten die Piloten kaum noch durch sie hindurchschauen. Eine heikle Situation, doch dank moderner Elektroniksysteme keine wirklich kritische. Denn die Piloten konnten ihren Airbus per Autopilot landen. Dabei orientierte sich das Flugzeug an Leitstrahlen vom Flughafen, per Radarhöhenmesser konnte das System die Höhe ermitteln und bei der Landung das Flugzeug selbsttätig abfangen und aufsetzen. Selbst nach dem Aufsetzen folgte der Flieger weiter dem Leitstrahl und rollte auf der Landebahnmitte zu seinem Gate. Diese Episode zeigt deutlich, was moderne Autopilot-Systeme heute leisten können.

Automatisch von Start bis Landung

Bei einem derartig automatisierten Flug arbeiten viele verschiedene Systeme zur Kontrolle der Lage, der Triebwerke, zur Positionsbestimmung und vielem mehr zusammen. Früher nutzte jedes dieser Systeme einen eigenen Rechner, heute dagegen werden sie zunehmend auf ein und demselben Prozessor ausgeführt. Das spart nicht nur Gewicht, sondern das Gesamtsystem kann auch viel komplexere Aufgaben übernehmen, da eine Vielzahl von Daten im direkten Zugriff ist. Damit ist es theoretisch möglich, einen Flug vom Start bis zur Landung komplett automatisch durchzuführen. Noch sind allerdings Passagierflüge ohne Pilot alleine schon wegen der psychologischen Hemmschwelle der Passagiere utopisch – doch Anwendungen im Kleinen zeigen, dass es funktioniert.
So testet das Logistikunternehmen DHL schon seit längerem Mikro-Drohnen, um Pakete auszuliefern. Der Parcelcopter von DHL absolvierte bereits erfolgreiche Tests, bei dem er im Linienbetrieb vom Festland bis zur Insel Juist rund zwölf Kilometer vollständig autonom flog. Auch der Versandhändler Amazon plant, Drohnen für den Versand kleinerer Lieferungen einzusetzen. Was zuerst wie ein Marketing-Gag klang, ist ernst gemeint: Im März 2015 erhielt das Unternehmen von der US-amerikanischen Luftfahrtbehörde eine Lufttüchtigkeitsbestätigung für ein experimentelles unbemanntes Luftfahrzeug. Im April reichte der Konzern dann einen Patentantrag für eine Drohne ein. Das dort beschriebene unbemannte Luftfahrzeug soll acht Rotoren besitzen und selbstständig Waren von einem Umschlagplatz abholen sowie die Route zum Empfänger berechnen können. Der Empfänger soll nicht an einen festen Ort gebunden sein, sondern die Lieferdrohne bringt das Paket zum jeweils aktuellen Standort. Laut Patentantrag könnte die Drohne die Informationen dazu über Smartphones oder andere Geräte erhalten, die mit GPS arbeiten und mit WLAN oder einem Mobilfunknetz verbunden sind. Die Amazon-Drohne soll sich auch mit anderen Drohnen abstimmen können, um so Wetterdaten oder Verkehrsinformationen in ihre Routenplanung mit einzubeziehen. Doch noch befindet sich das gesamte Projekt in einer frühen Testphase. Bis Amazon tatsächlich mit dem Lieferservice „Prime Air“ Bestellungen verschickt, dürften noch Jahre vergehen.

Mini-Hubschrauber erfüllt Aufgaben autonom

Doch in anderen Bereichen werden selbstständig fliegende Drohnen bereits seit längerem eingesetzt. Wie zum Beispiel das Camcopter S-100 Unmanned Air System der österreichischen Firma Schiebel: Von einem, auf bewährten Algorithmen und Flugsteuermethoden basierenden, dreifach redundanten Bordcomputer gesteuert, erfüllt der S-100 seine Aufgaben von Start bis Landung voll autonom. Redundante Trägheitsnavigationssysteme (INS) und globale Positionierungssysteme (GPS) garantieren präzise Navigation und Stabilität in allen Flugphasen. Die Planung und Steuerung von Missionen erfolgt per Mausklick auf einer grafischen Benutzeroberfläche, von den Kameras erfasste Bilddaten werden in Echtzeit an die Bodenstation übertragen. Die Einsatzmöglichkeiten dieser Hubschrauber-Drohne sind vielseitig.

Rettung aus Seenot

Aktuell wird ein S-100 von der Hilfsorganisation Migrant Offshore Aid Station (MOAS) eingesetzt, um Flüchtlinge in Seenot zu retten. MOAS, eine registrierte gemeinnützige Stiftung mit Sitz in Malta, verfügt über ein 40 Meter langes Schiff, genannt Phoenix, auf dem der S-100 stationiert ist und das zur Rettung von in Seenot geratenen Flüchtlingen eingesetzt wird. Durch den S-100 wird der bislang durch den Horizont begrenzte Sichtbereich der Phoenix deutlich erweitert. Die Kamera des unbemannten Hubschraubers liefert Tageslicht- und Infrarotaufnahmen in Echtzeit an das Team von MOAS. Flüchtlingsboote können nun bei Tag und bei Nacht, selbst bei starkem Seegang und in großer Entfernung ausgemacht werden. Ein weiteres Beispiel dafür, dass smarte Systeme in Fluggeräten helfen können, Menschenleben zu retten …

(Bildnachweis: Deutsche Post DHL Group)

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Die stetig zunehmende Urbanisierung zwingt Städte und Gemeinden weltweit, begrenzte Ressourcen, Nachhaltigkeit und die Wünsche der Bürger nach Komfort und Lebensqualität auszubalancieren. „Städte auf der ganzen Welt wollen effizienter und für ihre Bewohner lebenswerter werden. Die Digitalisierung kann ihnen helfen, ihre zahlreichen Herausforderungen zum Beispiel im Verkehrsmanagement zu meistern“, so Michael Ganser, Senior Vice President Zentral- und Osteuropa bei Cisco. Durch die Vernetzung sollen die Städte der Zukunft smart werden. In Smart Cities sind Schlüsselsysteme und Infrastrukturen wie Gebäude, Energie, Wasser, Abfall und Transport vernetzt, gleichzeitig werden auch die Bürger eng mit einbezogen. Informations- und Kommunikationstechnologien durchdringen tief die Strukturen von neuen wie auch von bestehenden Städten. Laut den Marktforschern von Gartner werden im Jahr 2015 rund 1,1 Milliarden vernetzte Objekte in Smart Cities genutzt – im Jahr 2020 sollen es 9,7 Milliarden sein. Bis zum Jahr 2025 sollen so bereits 88 Smart Cities weltweit existieren.

Mehr Effizienz durch smarte Straßen

Eine Ahnung, wie so eine Stadt aussehen kann, findet sich im Kleinen im Hamburger Hafen in Form einer „Smart Road“. Die intelligente Straße, die unter anderem von Cisco realisiert wird, soll das Management von Ressourcen und Verkehrsflüssen verbessern sowie den Zustand von Infrastruktur und Umwelt überwachen. „Gerade hier in Hamburg spielt der Hafen eine Schlüsselrolle für die städtische Wirtschaft“, unterstreicht Michael Ganser. „Aus diesem Grund unterstützen wir die Hamburger Port Authority dabei, durch den effizienteren Gebrauch ihrer Infrastruktur mehr Kapazitäten aufzubauen, um so die Leistungsfähigkeit zu stärken.“
Die Smart-Road-Lösung setzt sich aus verschiedenen Aspekten zusammen: Das Verkehrsmanagementsystem hilft dem Hafen, den Straßenverkehr zu überwachen. Jede Störung wird automatisch erfasst und an den Road Manager weitergeleitet, der sich umgehend mit den betroffenen Dienststellen in Verbindung setzen kann. IP-basierte Sensoren liefern Echtzeitdaten über den Zustand beweglicher Infrastrukturen wie beispielsweise einer Hubbrücke. Sie versetzen die technische Instandsetzungsabteilung in die Lage, Wartungsarbeiten und Reparaturen nicht nur präzise, sondern auch vorausschauend zu planen. Umweltsensoren stellen Daten bereit, mit denen die Analyse der Umweltsituation auf dem Hafengelände verbessert werden kann. Das Beleuchtungskonzept „Follow Me Lighting“ ist ebenfalls Teil des „Proof of Concept“: Die Beleuchtung einer Straße wird eingeschaltet, wenn sich eine Person nähert, und hinter ihr automatisch wieder ausgeschaltet.

Es beginnt zuhause

„Die Mehrheit der Ausgaben für das Internet der Dinge für Smart Cities wird vom privaten Sektor getätigt werden“, so Bettina Tratz-Ryan, Research Vice President bei Gartner. Die Marktforscher gehen davon aus, dass Stadtbewohner zunehmend in Smart-Home-Lösungen investieren und dies letztendlich zur Smart City führt. Bei Smart-Home-Lösungen werden einzelne Geräte untereinander und mit dem Internet verbunden; neue Services halten Einzug in das vernetzte Zuhause. Das erhöht Komfort und Sicherheit und hilft, Energie zu sparen. Ein Beispiel ist die Heizung, die anhand der Position der Smart­phones der Hausbewohner die Temperatur autonom regelt. Ein Smart Home kann beispielsweise auch mithilfe von Sensoren und Software erkennen, dass die Fenster im oberen Stock offen stehen und diese Information mit dem Wetterbericht aus dem Internet verknüpfen. Zum Schutz vor einem herannahenden Unwetter könnte das System die Fenster automatisch schließen und die Rollläden herablassen.

Gemeinsame Sprache für vernetzte Objekte

Das sind keine Zukunftsvisionen, sondern es gibt bereits heute zahlreiche Produkte für das intelligente Zuhause. Allerdings sind diese verschiedenen Lösungen nicht unbedingt untereinander kompatibel. ABB, Bosch, Cisco und LG beabsichtigen daher, eine gemeinsame Sprache zu entwickeln, in der die Geräte miteinander kommunizieren können. Nach Maßgabe der Standards, die das Konsortium etablieren möchte, werden die Geräte über ein Home Gateway mit dem Internet und einer gemeinsamen Software-Plattform verbunden, so dass die Services der unterschiedlichen Anbieter zusammenspielen.

Den Verkehrsfluss optimieren

Neben diesen Wohnungsanwendungen existieren aber bereits auch einige Lösungen für Applikationen in der Stadt. Insbesondere im Bereich des Verkehrsmanagements finden sich Smart-City-Anwendungen: Park-Leitsysteme, Verkehrsflussmessung oder Verkehrsleitsysteme sind Beispiele dafür. Kalifornien und Großbritannien implementieren bereits Funkempfänger und Sensoren in Autobahnen, um das Verkehrsgeschehen in Echtzeit zu diagnostizieren. Eine andere bereits heute erfolgreiche Applikation ist das smarte Parken: Los Angeles hat Parkplätze mit Sensoren ausgestattet, die über ihnen parkende Fahrzeuge erkennen. Zusammen mit einem Echtzeit-Leitsystem und einem Parkplatz-Management kann die Suche nach einem Parkplatz deutlich vereinfacht werden. „Elektro-Mobilität, Ladestationen und das integrierte Internet der Dinge werden zusätzliche Chancen in Smart Cities eröffnen“, ergänzt Gartner-Expertin Tratz-Ryan. Automobilhersteller investieren unter anderem in eine Straßenbeleuchtung mit integrierter Ladestation, um die Investitionen in eine Ladeinfrastruktur zu reduzieren. Sensoren ermöglichen es dabei, freie Ladestationen zu erkennen und das über On-Board-Systeme oder Smartphone zu kommunizieren. „Smart Cities stellen eine große Einnahmemöglichkeit für Technologie- und Servicelieferanten dar“, so Bettina Tratz-Ryan. „Aber die Anbieter müssen bereits heute damit beginnen, ihre Angebote zu planen und zu positionieren.“

(Bildnachweis: Shutterstock)

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Landmaschinen werden verstärkt mit intelligenten Technologien ausgerüstet, um untereinander zu kommunizieren und Arbeitsprozesse automatisch abstimmen zu können. Gleichzeitig wachsen die Herausforderungen an das Datenmanagement, um die Effizienz im gesamten Produktionsprozess zu erhöhen“, betont Thomas Böck, verantwortlich für Technologie und Systeme in der Konzernleitung von Claas. Zusammen mit den Firmen GEA Farm Technologies, Amazone und dem jungen Softwareunternehmen 365FarmNet entwickelte der Landmaschinenhersteller ein System, mit dem die Prozesskette vom Acker bis zum Stall durchgängig digitalisiert wird.
Schon während der Aussaat mit dem Traktor sorgen Ausbringkarten auf Basis von Satellitendaten dafür, dass das Saatgut für ein bestmögliches Wachstum der Pflanzen ausgebracht wird. Ein Telemetriesystem zeichnet die tatsächlich erledigte Arbeit auf. Zusätzlich werden die Maschineneinstellungen weiter optimiert. Wetterdaten in der Agrarmanagement-Software unterstützen den Landwirt dabei, seine tägliche Arbeitsplanung den Witterungsbedingungen anzupassen. Mit einem Pflanzensensor kann er den Stickstoffbedarf seiner Pflanzen exakt ermitteln und wird nur die Düngermenge ausbringen, die tatsächlich notwendig ist.

Autonom auf dem Acker

Was beim Pkw noch Zukunftsmusik ist, ist in der Landwirtschaft längst Realität: autonome Fahrzeuge, die auch ohne Landwirt den Acker bestellen. Die dänische Firma Kongskilde Industries entwickelte zum Beispiel den Vibro Crop Robotti, ein Fahrzeug für den Anschluss verschiedener Arbeitsgeräte. Damit kann der Roboter hochpräzise Saat ausbringen und mechanisch Unkraut bekämpfen, besonders in Reihenkulturen. Mit weniger Ressourcenaufwand erzielt der Bauer so mehr Ertrag und schützt – dank sensorbasierter Messtechnik – mit gezielter Düngerabgabe und weniger Chemikalien die Umwelt. „Die Technologie in der Agrarrobotik ist sehr fortgeschritten“, so Ole Green, Head of Strategic Development bei Kongskilde. „In den kommenden Jahren werden viele neue Produkte auf dem Markt auftauchen für eine vermehrte Automatisierung in der Pflanzenproduktion.“
Und das, obwohl Verschmutzung, wechselnde Natur- und Wetterbedingungen und die Verbindung von Indoor- und Outdoor-Anwendungsfeldern den Robotikeinsatz in der Landwirtschaft vor zahlreiche zusätzliche Anforderungen stellen. Sensoren, Aktoren, Mechanik und Steuerungstechnik müssen robuster gegen Erschütterungen und Umwelteinflüsse sein als in einer Fabrikhalle. Dennoch existieren bereits heute viele smarte Systeme für die Landwirtschaft.
Wie zum Beispiel der Robovator der dänischen F. Poulsen Engineering ApS für das selektive Hacken in gepflanzten Reihenkulturen. Digitalkameras erkennen Unkräuter angesichts der Pflanzenhöhe und geben einen Impuls an die hydraulische Hackschare, wobei die Hackmesser ein- und ausschwenken. Der Gärtner kann jederzeit eingreifen und manuelle Einstellungen vornehmen. Der Robovator arbeitet mit eigener Strom- und Ölversorgung und einer Geschwindigkeit bis zu 4 km/h, auch nachts, und eignet sich besonders für Bio-Betriebe, die Unkräuter ohne Chemie bekämpfen. „Wir stehen vor einem Wechsel von chemischer Unkrautbekämpfung zu mechanischen Lösungen, sowohl im Öko- wie im konventionellen Landbau“, so Frank Poulsen. „Antrieb dafür sind Regulierungen zum Einsatz von Herbiziden und die erhöhte Nachfrage nach nachhaltiger Nahrungsmittelproduktion.“

Maximale Präzision für mehr Effizienz

Noch mehr Effizienz in der Landwirtschaft verspricht das Precision Farming: Hier wird zum Beispiel die Düngung mithilfe von Satelliten-, Sensor- und Geoinformationssystemen so gesteuert, dass nur exakt die Düngermenge ausgebracht wird, die benötigt wird. Precision Farming berücksichtigt die Heterogenität des Bodens und des Pflanzenbestandes auf einen Schlag und kann damit zu einer weiteren Optimierung des umweltgerechten Pflanzenbaus beitragen. Maschinen können zudem äußerst exakt gesteuert werden, aktuelle Systeme erreichen eine Genauigkeit von bis zu zwei Zentimetern. „Der Präzisionsackerbau verbindet zahlreiche Technologieanwendungen in verschiedenen Stadien der landwirtschaftlichen Wertschöpfungskette: von der Automationstechnologie über Sensoren für das Geo-Mapping bis hin zur Big-Data-Analyse, um Klima- und Bodendaten besser zu bewerten und die Landwirtschaft effizienter zu gestalten“, erklärt Norbert Dressler, Partner von Roland Berger Strategy Consultants. „All diese Applikationsfelder werden in den kommenden Jahren ein starkes Wachstum erleben und damit auch neue, bisher in der Landwirtschaft unbekannte Marktteilnehmer etwa aus dem IT- und Investorensektor, anlocken.“

Schlüssel zur Produktivitätssteigerung

„Europäische Hersteller sind in der Agrarrobotik weltweit führend“, stellt Martin Hägele vom Fraunhofer IPA fest. „Die Palette reicht von Robotern zum Melken, Füttern und zur automatisierten Reinigung im Stall, über Fahrassistenz in mobilen Landwirtschaftsmaschinen bis zu Robotiklösungen im Gewächshaus, dem Obst- und Weinbau, in Blumenkulturen und der Forstwirtschaft.“ Mit der rapid wachsenden Weltbevölkerung steigt auch der Bedarf nach Nahrungsmitteln. Hightech auf dem Acker ist der Schlüssel zur Produktionssteigerung. Die Zukunft gehört autonom funktionierenden Systemen wie fahrerlosen Fahrzeugen, Laserscannern, die beispielsweise ganze Reihenkulturen abtasten, raffinierter Sensortechnik, die – zusammen mit hochgenauen GPS-Systemen – sicheres und autonomes Navigieren auch in Kooperation mit dem Menschen gewährleistet, und Sensorfusion, welche Messwerte unterschiedlicher Sensorsysteme intelligent kombiniert.

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Bisher konnte selbst die hochentwickeltste Maschine nur relativ simple Aufgaben automatisch abarbeiten, wobei jede einzelne Tätigkeit auch noch vorher vom Menschen vorgegeben wurde. Doch wir befinden uns schon heute mitten in einer Entwicklung, die das grundsätzlich ändert: Maschinen werden immer mehr zu selbstlernenden, autonomen Systemen mit einer Leistungsfähigkeit, die zumindest in hochspezialisierten Aufgaben an die des menschlichen Gehirns heranreicht. Bereits vor zwei Jahren erwarteten die Marktforscher von Gartner, dass die Leistungsfähigkeit und Verlässlichkeit derartiger „Smarter Maschinen“ bis zum Jahr 2020 so stark steigen, dass sie einen spürbaren Einfluss auf das Wirtschaftsleben haben. Laut Gartner werden nur Unternehmen, die schon heute damit beginnen, Pläne und Strategien für die „digitalen Arbeitskräfte“ zu entwickeln, im Jahr 2020 zu den Top-Firmen in Sachen Produktivität und Gewinn gehören.

Erkennen, analysieren, reagieren

Dabei sind smarte Maschinen und Geräte bei weitem nicht nur im Produktionsbereich zu finden: Smartphone, Assistenzsysteme im Auto, Haustechnik, ja selbst bei der Pflege alter oder kranker Menschen – längst erobern sie jeden Bereich unseres Alltags. Wobei es für den Begriff „smart“ bisher noch nicht einmal eine offizielle Definition gibt. Konsens aller Experten jedoch ist, dass es sich bei smarten Systemen um eine Kombination von Sensorik, Aktorik, Datenaufbereitung und -auswertung sowie Informatik und Kommunikation handelt. Das heißt, diese Systeme können ihre Umgebung beziehungsweise Änderungen in ihrem Umfeld erkennen, analysieren und darauf reagieren. Sie sind in der Lage, mit dem Menschen und anderen intelligenten Geräten zu kommunizieren und zu interagieren. In einigen Definitionen ist auch die Miniaturisierung ein Merkmal smarter Systeme, denn sie ermöglicht es erst, dass nahezu jedes beliebige Produkt oder Gerät mit den entsprechenden Funktionen ausgestattet werden kann. Andere Experten sehen ein weiteres Kennzeichen für smartes, intelligentes Verhalten darin, dass die Geräte vorausschauend Entscheidungen treffen können. Dabei kann der Einsatzzweck derartiger Systeme völlig unterschiedlich sein: Flexible mit Sensoren und eigener Energieversorgung versehene Textilien zur Gesundheitsüberwachung gehören genauso dazu wie intelligente Steuerungssysteme im Flugzeug.

Daten werden intelligenter verarbeitet

Smarte Systeme müssen mit einer enormen Menge von Daten und Informationen arbeiten können. Daher ist die Cloud häufig eine wichtige Voraussetzung intelligenten Agierens, denn sie bietet hierfür die erforderliche Speicher- und Rechenleistung. Zudem ist die Intelligenz nicht nur eine Frage der Hardware, sondern auch der Software, die die Daten analysiert und entsprechende Entscheidungen trifft. Gerade im Hinblick auf die Verarbeitung von Big Data werden zunehmend semantische Technologien eingesetzt: Damit können smarte Systeme auch die Bedeutung von Daten erkennen und ihre Zusammenhänge verstehen.

Ethik kehrt ein in die Maschinenwelt

Mit der zunehmenden Selbstständigkeit und Autonomie von Geräten und Maschinen wird jedoch ein Aspekt immer wichtiger: Man muss sich auf die smarten Systeme verlassen können. „Ganz klar, die Menschen müssen smarten Maschinen trauen, wenn sie sie akzeptieren und nutzen sollen“, meint Gartner-Analyst Frank Buytendijk. Er erwartet zwar nicht, dass Maschinen in absehbarer Zeit ein Selbstbewusstsein entwickeln, geht aber davon aus, dass es irgendwann so weit sein wird. Dann wird eine Maschine in der Lage sein, ihre Handlungen zu reflektieren. Ab diesem Zeitpunkt ist sie für ihr eigenes Verhalten verantwortlich. Buytendijk mahnt daher, dass sich Unternehmen, die smarte Geräte entwickeln, auch auf eine ethische Diskussion und Programmierung der Systeme vorbereiten: „Die Frage, die wir uns selber stellen sollten, ist: Wie wollen wir sicherstellen, dass diese Maschinen zu ihrer Verantwortung stehen? Werden wir smarte Maschinen wie Haustiere behandeln, bei denen die Besitzer verantwortlich bleiben? Oder werden wir sie wie Kinder behandeln und sie aufziehen, bis sie selbst Verantwortung übernehmen können?“

(Bildnachweis: Fotolia: cutimage)

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Roboter und Mensch werden in Zukunft stärker zusammenarbeiten“, davon zeigte sich Johann Hegel, Leiter Technologieentwicklung Montage bei Audi, bei einem Experten-Round-Table im Rahmen der Messe Automatica überzeugt. „Der Roboter wird in Kürze für die Mitarbeiter so selbstverständlich sein wie ein Akkuschrauber.“ Grund für die Annäherung sei der demografische Wandel. „Die Mitarbeiter in den Fabriken sollen noch ergonomischer und noch effizienter unterstützt werden“, so Hegel.

Roboter nehmen den Menschen wahr

Durch die verstärkte Zusammenarbeit von Mensch und Roboter können die Stärken beider kombiniert werden: Der Mensch kann komplexe Situationen wahrnehmen und verfügt über unerreichte Fähigkeiten zur Reaktion, Anpassung und Improvisation. Der Roboter bietet dagegen große Schnelligkeit und Kraft bei gleichbleibend guter Qualität. So sollen auch vielfältige Produktvarianten bei kürzeren Lebenszyklen wirtschaftlich gefertigt werden können. Damit diese Zusammenarbeit aber funktioniert, darf der Mensch nicht durch den Roboter gefährdet werden. Durch Sensoren erhalten kollaborative Roboter daher die Fähigkeit, zu fühlen und zu sehen. So werden Gefahren für den menschlichen Kollegen ausgeschlossen – etwa weil der Roboter einfach innehält oder seine Bewegungen auf ein ungefährliches Tempo reduziert, wenn er berührt wird oder der Mensch ihm zu nahe kommt.

Systeme bereits im Einsatz

Erste marktreife Beispiele existieren bereits heute. Eine der neuesten Innovationen ist zum Beispiel YuMi, ein kollaborativer Roboter von ABB. Er ist mit einer berührungsempfindlichen Sensorik ausgestattet, die ihn in Millisekunden stoppen lässt, falls er in Kontakt mit dem Menschen gerät. Ein anderes Beispiel ist der sensitive LBR iiwa von Kuka: Er ist präzise, nachgiebig, flexibel und mit einer Mechanik und Antriebstechnik für den industriellen Einsatz ausgestattet. Mit ihm können feinfühlige und komplexe Montageaufgaben automatisiert werden, bei denen der Einsatz von Robotern bisher nicht möglich war: „Statt Schutzzäunen und getrennten Prozessen wird der Roboter zum direkten Arbeitsassistenten des Menschen“, betont Manfred Gundel, Geschäftsführer der Kuka Roboter GmbH. Der Roboter kann somit als „dritte Hand“ des Bedieners agieren – besonders wenn er mit dem Oberarm-Exoskelett des Biorobotik Instituts der Scuola Superiore Sant’Anna, Pisa, verbunden wird: Über eine Datenverbindung kann der Mensch mithilfe des sensorgeführten Exoskeletts den Leichtbauroboter wie seinen eigenen Arm bewegen. Die Motoren des Exoskeletts geben die Kräfte wieder, die durch die Interaktion des iiwa mit seiner Umwelt entstehen. Das heißt, der Mensch spürt zum Beispiel einen Druck, der auf den Roboterarm ausgeübt wird. Ein Einsatz wäre zum Beispiel bei Telepräsenz- und Reha-Anwendungen denkbar.

Der Roboter liest die Gedanken

Noch einen Schritt weiter geht ein Projekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR): Hier soll der Roboter sogar die Gedanken seines menschlichen Kollegen lesen können. Dazu trägt der Operator eine mit Elektroden bestückte Kappe, die es dem System mittels Elektroenzephalografie (EEG) ermöglicht, die Gehirnaktivität zu messen und spezifische Änderungen von Gehirnströmen zu interpretieren. Diese Änderungen erlauben zum Beispiel Aussagen über den Stand der Verarbeitung von präsentierter Information, über die Absichten des Operators oder über dessen kognitive Auslastung. Die Schnittstelle erhält dadurch wichtige Informationen, um den Menschen aktiv in kritischen Situationen zu unterstützen oder die Effektivität der Steuerung anwenderspezifisch zu steigern. Hat der Operator beispielsweise eine vom Roboter gesendete Warnmeldung übersehen, so weist ihn das System erneut darauf hin; ist der Anwender kognitiv überfordert, so wird seine Belastung reduziert. Um die Handlungsabsicht und Aufgabenauslastung des Operators präzise einschätzen zu können, setzen die Forscherinnen und Forscher zusätzlich zum EEG auf Elektromyografie (EMG) zur Messung der Muskelaktivität und auf Eye-Tracking, das die Blickrichtung registriert. Auf diese Weise entsteht ein umfassendes Bild des kognitiven Zustands des Anwenders. Die Schnittstelle lernt aus diesen Daten und darauffolgenden Handlungen, welche Sequenzen in den Hirnströmen eine Wahrnehmung oder Aktion bedeuten. Auf diese Weise kann sich das System in Echtzeit an wechselnde Zustände des Benutzers und sogar automatisch an neue Benutzer anpassen.

(Bildnachweis: Shutterstock)

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Kaffee kochen, Wäsche waschen, Schuhe binden: Wer einen Arm verloren hat und auf eine Prothese angewiesen ist, lebt mit täglichen Hürden. Intelligente Prothesen sollen Menschen mit Handicap künftig helfen, in gewohnte Bewegungsabläufe zurückzufinden. Wissenschaftler der Leibniz Universität Hannover forschen an den Grundlagen, die technischen Helfer mit einer sonst nur vom Menschen bekannten Feinfühligkeit auszustatten. Erkennt eine Prothese etwa eine ihr noch unbekannte Tätigkeit, sucht sie automatisch in der Cloud nach einem ähnlichen Muster und adaptiert es. Eine App speichert sämtliche Bewegungen und sorgt dafür, dass die Prothesen aller Anwender digital voneinander lernen.

Gefühl für Prothesen

Wichtig für eine möglichst nah am „Original“ arbeitende Hand- oder Armprothese ist das Gefühl: Wärme, Oberflächenstrukturen, Druck und vieles mehr nimmt der Mensch durch Ertasten wahr. Dabei fungiert die Haut als ein großer multimodaler Sensor. Forscherteams weltweit arbeiten daher daran, die menschliche Haut künstlich nachzubilden und damit Prothesen eine möglichst naturnahe Feinfühligkeit zu geben. Die weltweit erste künstliche Haut hat ein Team um den koreanischen Professor Kim Dae-Hyeong von der Seoul National University entwickelt: „Die synthetische Haut hat eine Sinnesempfindung, die exakt die menschliche Haut kopiert. Die Haut kann Druck, Temperatur, Dehnbeanspruchung und Feuchtigkeit fühlen.“ Sie ist aus mehreren Schichten aufgebaut: Die Basis bildet ein weiches gummiartiges Material. Darüber liegt eine ultradünne Schicht aus Polyimid, gefolgt von Silikon. Die Verformung von integrierten Goldfäden ermöglicht zum Beispiel die Messung von Druck und Spannungen, Kondensatoren erkennen Feuchtigkeit. Das Forscherteam hat die Haut bei einer künstlichen Hand eingesetzt, die damit Händeschütteln, eine Tastatur bedienen oder einen Ball halten konnte. Damit die Haut jedoch wirklich nützlich ist, müssen die Sensordaten an das Gehirn des Prothesenträgers übermittelt werden, so dass Befehle in Echtzeit ausgeführt werden. Dazu haben die koreanischen Forscher eine Verbindung zwischen der künstlichen Haut und dem Gehirn von Versuchstieren herstellen können, indem sie ein Elektrodenfeld an einen Nervenstrang anlegten. Die elektrischen Impulse der Sensoren gelangen so zu den Nervenbahnen des Kunsthautträgers. „Ich hoffe, dass Roboter-Gliedmaßen mit dieser Haut bei behinderten Menschen eingesetzt werden können. In industriellen Applikationen könnte sie bei verschiedenen Typen von Robotern, wie zum Beispiel humanoiden Robotern, Verwendung finden“, so Professor Kim.

Das Gehirn steuert direkt die Prothese

An der Kommunikation zwischen Prothese und Gehirn arbeitet auch das internationale MoreGrasp Konsortium. „Bisher werden die Prothesen mittels Schulterbewegungen gesteuert, das Ganze soll künftig intuitiver funktionieren“, erklärt Dr. Rüdiger Rupp, Leiter der Experimentellen Neurorehabilitation an der Klinik für Paraplegiologie des Universitätsklinikums Heidelberg. „Unsere Handbewegungen werden ja vom Gehirn aus gesteuert. Inzwischen stehen uns sogenannte Gehirn-Computer-Schnittstellen zur Verfügung, mit denen wir die Bewegungsabsicht über Elektroden auf dem Kopf erkennen können. Der Traum, den wir nun versuchen umzusetzen, ist, dass in Zukunft querschnittgelähmte Menschen allein über einen Gedanken ihre Handbewegung ausführen können.“ Das Besondere an dieser neuen Neuroprothese wäre, dass die Patienten erstmals beide Hände gleichzeitig kontrollieren können. Auch Menschen mit einer sehr hohen Querschnittlähmung – bei denen neben der Handfunktion auch die Ellenbogen- und Schulterfunktion beeinträchtigt ist – könnten von dem neuen MoreGrasp-System profitieren, da keine Schulterbewegungen mehr zur Steuerung benötigt werden.
An einer direkten Verbindung zwischen Prothese und Gehirn arbeiten auch Robert Greenberg, CEO von Second Sight Medical Products, und sein Team: Sie wollen ihre Retinaprothese Argus II weiterentwickeln und ein Implantat direkt im visuellen Bereich des Gehirns platzieren. Bisher besteht das bionische Auge aus einem auf der erkrankten Netzhaut befestigten Implantat und einer Brille, die über eine Kamera visuelle Informationen über einen Taschencomputer an das Elektrodennetz im Auge sendet. Dazu werden die Signale in Impulse umgewandelt, die ein an der Brille befindlicher Sender kabellos an das für den Träger nicht spürbare Implantat übermittelt. Der Patient nimmt so Lichtblitze wahr, die eine Unterscheidung von Hell-Dunkel sowie von Flächen und Bewegungen ermöglichen.

Die helfende Hose

Doch nicht immer muss Technik Gliedmaßen ersetzen – oft unterstützen smarte Systeme Menschen mit Handicap auch einfach nur. In den USA und auch in Deutschland wird zum Beispiel an Handschuhen geforscht, die die Zeichen der Gebärdensprache erkennen und übersetzen. Der an der Hochschule Magdeburg-Stendal entwickelte Handschuh erkennt zum Beispiel über Sensoren die Krümmung der Finger des Trägers und zeigt die entsprechenden Buchstaben auf einem Monitor an. So können sich Gehörlose auch Menschen gegenüber verständlich machen, die die Gebärdensprache nicht beherrschen. Ein anderes Beispiel „helfender Systeme“ sind Exoskelette: Sie stützen Querschnittgelähmte nicht nur, sondern ahmen über Motoren die Bewegung der Beine nach. Diese Exoskelette sind allerdings sperrig und schwer. Britische Forscher entwickeln daher eine weiche Roboter-Kleidung – die smarte Hose ist mit künstlichen Muskeln ausgestattet und soll die Bewegungen behinderter oder alter Menschen unterstützen. Sie soll zudem auch erkennen, wenn eine Person beim Gehen das Gleichgewicht verliert, aktiv gegensteuern und so Stürze verhindern. In drei Jahren wollen die Forscher ihre Arbeit abgeschlossen haben. Dr. Rory O’Connor von der Fakultät für Medizin und Gesundheit der Universität Leeds ist der klinische Experte des Forscherteams: „Wir werden sehr hochentwickelte weiche Materialien verwenden, in dessen Fasern Aktoren integriert sind, mit denen Teile des Körpers bewegt und unterstützt werden können.“ Diese „motorischen“ Fasern werden mit einer intelligenten Steuerung verbunden. Sie müssen die Absichten des Nutzers erkennen, wie Dr. Abbas Dehghani von der School of Mechanical Engineering der Universität Leeds erklärt. „Das System muss in der Lage sein zu verstehen, was der Nutzer tun möchte; es wäre nicht gut, wenn die Hose versucht, dir beim Laufen zu helfen, wenn du dich eigentlich hinsetzen möchtest.“

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In vielen Industrieländern wird die Gesellschaft immer älter. Dies bringt eine Vielzahl von Veränderungen und Problemen in unterschiedlichsten Bereichen mit sich. Ambient Assisted Living (kurz AAL) kann einen wichtigen Beitrag dazu leisten, den mit diesem demografischen Wandel einhergehenden Herausforderungen zu begegnen. AAL ist ein Sammelbegriff für intelligente Technologien, die möglichst unauffällig in die Lebenswelt von Menschen integriert sind und diese in ihrem Alltag auf vielfältige Weise unterstützen. Insbesondere soll AAL dazu dienen, älteren Menschen so lange wie möglich das selbstbestimmte und eigenverantwortliche Leben in der gewohnten Umgebung zu ermöglichen. Die Lebensqualität von Senioren soll so verbessert und lange auf einem hohen Niveau gehalten werden.

Vielfältige Lösungen für ein altersgerechtes Wohnen

Ein seniorengerechtes Zuhause beginnt mit relativ einfachen Lösungen wie fernsteuerbaren Jalousien oder Bewegungssensoren, über die die Beleuchtung eingeschaltet wird. Dazu gehören aber auch Kommunikations- und Notrufsysteme, Techniken zur Mobilisierung von Personen, Systeme für alltägliche Sicherheit wie eine automatische Herdabschaltung oder Brandmelder sowie Techniken zur Unterstützung bei schweren körperlichen Tätigkeiten. Auch Smart-Home-Lösungen, also eine vernetzte Haustechnik, helfen, ein Zuhause seniorengerecht zu machen – zum Beispiel kann die Heizung automatisch ausgeschaltet werden, sobald ein Fenster geöffnet wird. Komplizierter wird es allerdings, wenn ein Notfall erkannt und automatisch Hilfe herbeigerufen werden soll.

Kritische Situationen werden automatisch erkannt

Das System Easierlife vom gleichnamigen Unternehmen setzt dazu zum Beispiel Kontaktsensoren an den Türen und in der Wohnung verteilte Bewegungssensoren ein. Die Sensoren sind drahtlos mit einer Basisstation verbunden, die über das Mobilfunknetz mit einer App auf dem Smartphone des Nutzers kommuniziert. Mithilfe intelligenter Analyseverfahren werden die Informationen über das Verhalten in der Wohnung verarbeitet. So erkennt das System automatisch kritische Situationen: Der Bewohner steht morgens nicht auf, ist von einem Spaziergang nicht zurückgekehrt oder ist seit Stunden im Bad. In so einem Fall wird per Nachricht auf das Smartphone automatisch eine Hilfsperson informiert.

Veränderungen der Gesundheit erkennen

Ähnlich funktioniert Tempo vom US-amerikanischen Start-up Carepredict: Hier trägt der Bewohner allerdings ein Armband, dass nicht nur Aktivitäten wie Sitzen, Laufen oder Stehen, sondern auch die Position in der Wohnung verfolgt. Dazu wird das Armband durch sogenannte Beacons ergänzt. Das sind kleine Sender, die an den Wänden der Wohnung befestigt werden und über die der Aufenthaltsort ermittelt werden kann. Die so gewonnenen Informationen werden in einer Cloud-Anwendung analysiert. Das System lernt so selbstständig die normalen Abläufe im Leben des Nutzers und erkennt, wenn Änderungen in diesen Verhaltensmustern auftreten und wann sie wichtig sind. So kann der Nutzer zum Beispiel einfach nur schlafen, wenn er zwei Stunden im Wohnzimmer liegt. Liegt er allerdings zwei Stunden im Badezimmer, würde das System eine Hilfsperson informieren, dass ein Notfall vorliegen könnte. Dabei hilft die Lösung nicht nur bei akuten Notfällen wie einem Sturz, sondern ermöglicht es auch, aus kleinen täglichen Abweichungen Rückschlüsse auf eine Veränderung des Gesundheitszustands zu ziehen: zum Beispiel aus der Frequenz, mit der ein Senior isst oder wie häufig sich jemand für ein Nickerchen hinlegt.
Derartige Systeme ermöglichen nicht nur eine schnelle Hilfe im Notfall, sondern geben den Nutzern auch ein großes Stück Sicherheit – eine wichtige Voraussetzung, damit man auch im hohen Alter noch seine liebgewonnene Wohnung genießen kann.

(Bildnachweis: Fotolia: Gleam)

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Intelligenter Trainieren

Fitbit Surge ist eine schlanke Fitness Super Watch, die GPS, kontinuierliche Pulsfrequenzmessung am Handgelenk, permanente Aktivitätenerfassung und Smartwatch-Funktionen in einem Gerät vereint. Acht Sensoren – 3-Achsbeschleunigungsmesser, Gyroskop, Kompass, Umgebungslichtsensor, GPS und Pulsfrequenz – arbeiten zusammen, um Anwendern die leistungsstarke Erfassung zu ermöglichen. Mit dem Gerät können die unterschiedlichsten Trainingsarten aufgezeichnet und ausgewertet werden. Mithilfe eines Barcodelesers oder bei Cortana-Nutzern auch per Spracheingabe lassen sich Lebensmittel erfassen und die Kalorien abschätzen.
www.fitbit.com

Wissen, wer nach Hause kommt

Netatmo hat mit Welcome eine Kamera vorgestellt, die über Gesichtserkennung jedes Familienmitglied erkennt. Das System schickt die Namen der Personen, die sie erkennt, an das Smartphone des Anwenders. Die Kamera informiert zudem darüber, wenn sie ein unbekanntes Gesicht identifiziert. Aufgenommene Videos und Daten zur Identifikation bleiben dank der lokalen SD-Karte der Kamera komplett privat. Die Informationen werden nicht in der Cloud gespeichert. Darüber hinaus ist der Zugriff vom Smartphone des Nutzers über eine nach Bankenstandard verschlüsselte Verbindung gesichert, um ein Höchstmaß an Sicherheit zu garantieren.
www.netatmo.com

Braten und Kochen am Optimum

PerfectFry-Bratsensor und der drahtlose PerfectCook-Kochsensor von Bosch sorgen auch bei mehreren Töpfen oder Pfannen für entspanntes Kochen. Die neuen Sensoren halten die Temperatur präzise in einem zuvor ausgewählten Temperaturbereich – jedes Gericht bekommt exakt die Temperatur, bei der es am besten gelingt. Sie messen kontinuierlich die Wärme und leiten die Information an die sensible Elektronik weiter. Nachdem die Temperatur einmal eingestellt ist, reguliert sich die Kochstelle automatisch. Ein Überhitzen oder Anbrennen ist auf diese Weise fast unmöglich.
www.bosch-home.com

Gesundheitsmanagement mit der Waage

Die Multifunktionswaage SL 200 Connect von Medisana ermittelt neben dem Gewicht auch Body Mass Index, Körperfett und Körperwasser, Muskelanteil sowie Knochengewicht. Eine integrierte Kalorienbedarfsanalyse gibt Aufschluss über die tatsächlich individuell benötigte Energiezufuhr. Bis zu acht Nutzer erkennt die Waage automatisch. Alle erfassten Daten können via Blue­tooth an eine App für iOS- oder Android-Geräte übertragen werden. Die App bietet Features wie zum Beispiel ein tägliches Aktivitätsdiagramm oder eine 14-Tage-Übersicht, mit der Nutzer stetig auf ihr individuelles Wunschgewicht hinarbeiten können.
www.medisana.de

Schützt das Fußgelenk

Angehende Ingenieure des Karlsruher Institut für Technologie haben einen innovativen Laufschuh entwickelt: Die Dämpfung lässt sich über eine Smartphone-App einstellen. Über eine integrierte Sensorik des JointWatchR genannten Schuhs lässt sich zudem ein Bewegungsprofil des Fußes beim Auftreten erstellen. Die Daten werden drahtlos an ein Smartphone gesendet, was sowohl sofortiges Feedback während des Laufens als auch eine anschließende Auswertung ermöglicht. Der Schuh erkennt damit ungünstige und schädliche Gelenkbelastungen, warnt den Träger und unterstützt so das Gelenk. Das Entwicklerteam konnte bereits Partner wie Adidas, Würth Elektronik oder BASF für ihr Projekt gewinnen.
www.jointwatchr.de

Saugt mit intelligenter Navigation

Der Saugroboter Kobold VR200 von Vorwerk navigiert selbstständig durch die ganze Wohnung und reinigt effektiv in logischen Bahnen Hart- und Teppichböden. Dank seiner Sensoren erkennt er Türöffnungen und somit abgetrennte Räume, die er nacheinander reinigt. Mit einem Laserscanner und der Ultraschalltechnologie lokalisiert der Saugroboter 98 Prozent aller Hindernisse. Dank seiner drei Bodensensoren erkennt er Treppenabsätze und hält sich davon fern. Alle Informationen speichert der Roboter in einer Karte – und entwickelt eine logische und effiziente Saugstrategie. So navigiert er selbstständig durch die ganze Wohnung. Darüber hinaus lassen sich Spots programmieren, die der Roboter mehrfach saugen soll.
www.vorwerk.de

Geräte per Zauberhand steuern

Die kanadische Firma Thalmic Labs ermöglicht mit dem Armband Myo die Steuerung von elektronischen Geräten mit Gesten. Sensoren im Armband erkennen die geringen elektrischen Ströme, die bei Bewegungen von den Muskeln im Unterarm erzeugt werden, und setzen sie in Steuersignale um. Im Gegensatz zu anderen Gestensteuerungen ist keine Kamera notwendig, die die Gesten des Nutzers erkennt. So ist der Anwender nicht an eine bestimmte Position gebunden, um in Verbindung mit der Gestenerkennung und damit mit dem elektronischen Gerät zu bleiben. Das Armband kommuniziert mit Computern, Smartphone oder anderen elektronischen Geräten per Bluetooth Low Energy.
www.thalmic.com

(Bildnachweis: Adidas; Fitbit Surge; Medisana; Netatmo; Robert Bosch Hausgeräte GmbH; Talmi Labs; Vorwerk)

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Forschern und Entwicklern bietet die Natur eine Fülle von Ideen für innovative smarte Systeme. Hier sind nicht nur großartige Funktions- und Konstruktionsprinzipien zu finden, sondern auch Entwürfe für den effizienten Einsatz von Ressourcen. Kein Wunder also, dass fast alle großen „Global Player“ eigene Bionik-Abteilungen haben. Bionik – das ist die Schnittstellenwissenschaft zwischen den Bereichen Biologie und Technik, die Jahrmillionen alte Lösungen in der Natur aufspürt und diese in moderne nachhaltige, ressourcenschonende, hocheffiziente technische Innovationen umwandeln will.

Erst am Anfang

„Ich denke, die größten Innovationen des 21sten Jahrhunderts entstehen an der Schnittstelle von Biologie und Technologie. Eine neue Ära beginnt“, so der Apple-Gründer Steve Jobs. Bahnbrechende Erfindungen der letzten Jahre, die sich von natürlichen Materialien, Pflanzen und Tieren inspirieren ließen, geben ihm recht. Dabei steht die Bionik erst am Anfang. Denn von den auf unserer Erde existierenden 30 Millionen Arten wurden bisher nur rund 100 in technischer Hinsicht untersucht. Dabei kann jede Art spannende Ideen für neue Produkte liefern – die heute dank innovativer Materialien und leistungsfähiger Mikroelektronik in den verschiedensten Branchen umgesetzt werden können.

Kollektives Verhalten künstlicher Quallen

Ein Beispiel sind die AquaJellies von Festo – künstliche, autonome Quallen mit elektrischem Antrieb und einer intelligenten, adaptiven Mechanik. Jede Qualle entscheidet autonom aufgrund ihres Zustands, welche Aktion sie ausführt. „Ihre integrierte Kommunikations- und Sensortechnik sowie die Echtzeitdiagnose ermöglichen ein abgestimmtes, kollektives Verhalten auch auf begrenztem Raum“, erläutert Dr. Elias Maria Knubben, Leitung Corporate Bionic Projects bei Festo. „Festo visualisiert mit diesen bionischen Technologieträgern Potenziale und Ideen, wie effiziente Systeme im Bereich der Wassertechnik in Zukunft aussehen können. Prozessüberwachung und Condition Monitoring sind wichtige Themen in allen Anlagen der Prozessindustrie und damit auch in der Wassertechnik.“ Dieses Prinzip des anpassungsfähigen und kollektiven Verhaltens ist auf die Automation übertragbar. Hier bedeutet es, dass viele dezentral intelligente Systeme zusammenarbeiten und so große Aufgaben von kleinen Systemen, die gezielt zusammen agieren, gelöst werden.

Selbstreparierender Roboter

Auch Forscher des Instituts für intelligente Systeme und Robotik am französischen Zentrum für wissenschaftliche Forschung und des lothringischen Forschungslabors für Informatik und ihre Anwendungen haben sich von der Natur inspirieren lassen: Sie ahmen bei der Roboterprogrammierung die Fähigkeit von Tieren nach, sich automatisch an Verletzungen oder Behinderungen anzupassen. Ähnlich wie ein Hund, der schnell lernt, auf drei Beinen zu laufen, sollen Roboter Beschädigungen kompensieren. Dabei speichert der Roboter die möglichen Bewegungen und die damit erreichbaren Leistungen für die Erfüllung seiner Aufgabe in einer Matrix ab. Ist der Roboter beschädigt, nutzt er einen speziellen Algorithmus, der auf die in der Matrix abgespeicherten Informationen zurückgreift. Mit diesem Algorithmus spielt er die verschiedenen Bewegungsabläufe durch und ermittelt, welche am besten den Schaden ausgleichen können. Funktioniert es beispielsweise nicht, nur auf den Hinterbeinen zu laufen, probiert er als Nächstes, nur die Vorderbeine einzusetzen. Überraschend dabei ist, wie schnell der Roboter reagiert. In weniger als zwei Minuten hat er eine neue Bewegungsart gelernt. Diese neue Technik ebnet den Weg für die Entwicklung effizienterer und stabilerer autonomer Roboter – beispielsweise als Sanitäter.

Das Auge als Vorbild

Aber auch für ganz konkrete, neue elektronische Systeme dient die Natur als Vorbild: So haben Fraunhofer-Forscher einen innovativen 3D-Laserscanner mit Lichtlaufzeitmessverfahren entwickelt. Er kann sich nach dem Vorbild des menschlichen Auges auf wesentliche Bildausschnitte konzentrieren, um diese mit entsprechend höherer Auflösung zu erfassen. Effiziente Softwarealgorithmen analysieren ein schnell erfasstes 3D-Übersichtsbild und lenken den Scanner (die „Aufmerksamkeit“ des Systems) auf interessante Bildausschnitte, so dass diese in hoher Auflösung abgetastet werden können – entsprechend der im menschlichen Auge befindlichen Fovea, die dafür sorgt, dass wir kleine Ausschnitte eines Übersichtsbildes scharf sehen. Damit wird es erstmalig möglich, in kurzer Zeit situationsbezogen hochwertige 3D-Information zu gewinnen. Die extrem hohe Scangeschwindigkeit des Fraunhofer-Scanners von 1,6 kHz erlaubt Aufnahmen quasi in Echtzeit und so auch die Erfassung sich bewegender Objekte wie zum Beispiel Flugzeuge auf Landebahnen oder Fahrzeuge auf Baustellen.

(Bildnachweis: Festo AG & Co.KG)

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Wann haben Sie zum ersten Mal darüber nachgedacht, eine Drohne für den Consumer-­Markt zu entwickeln?
Reece Crowther: Torquing startete 1990 als Forschungs- und Entwicklungsteam, das größere Unternehmen unterstützte und beriet. In 2009 erhielten wir einen Auftrag zur Entwicklung einer Drohne von der Pike auf. Das umfasste alles von der Hardware bis zum Betriebssystem. Als der Auftrag 2013 auslief, hatten wir all diese wahnwitzige Technik in der Hand. Damit war die einzige Frage für uns: Wie bringen wir diese Technologie auf den Markt? Da kam uns dann die Zano „Selfie-Drohne“ in den Sinn – eine Drohne, die leicht zu bedienen ist und die großartige Luftaufnahmen und Videos für jedermann liefert.

Was waren die größten Herausforderungen bei der Entwicklung von Zano?
R.C.: Wir fingen bei null an; alles innerhalb von Zano ist von Torquing entwickelt worden. Eine wesentliche Herausforderung war dabei, eine tatsächlich skalierbare Plattform zu erzielen, die für den Bau winziger Drohnen wie Zano genauso verwendet werden kann wie für wirklich große UAVs. Für Zano hatten wir das Ziel, ein wirklich kleines Gerät zu bauen, das aber alle hochentwickelten Eigenschaften und Technologien eines größeren UAV-Systems hat. Wir haben daran sechs Jahre gearbeitet – und nun haben wir es geschafft!

Was genau macht dieses kleine UAV so besonders?
R.C.: Zano ist keine Drohne, sie ist eine fliegende Action-Kamera. Und als solche hat sie heute keine Konkurrenz. Während andere Drohnen eben wie Drohnen behandelt werden müssen und ein gewisses Maß an Fähigkeiten erfordern, um gesteuert zu werden, ist nichts davon bei Zano nötig. Jeder der mit einem Smartphone umgehen kann, kann auch unsere Drohne steuern. Sie fliegt selbstständig, folgt einem, umfliegt Hindernisse und liefert dabei atemberaubende Luftaufnahmen. Gleichzeitig ist Zano eine der kleinsten und am einfachsten zu transportierenden Consumer-Drohnen auf dem Markt.

Welche Anwendungen können Sie sich ­zukünftig für Drohnen im Consumer-Markt noch vorstellen, abgesehen von Video- und Fotoaufnahmen?
R.C.: Unsere Plattform ist sehr flexibel und skalierbar; wir sind also in der Lage, größere Drohnen zu bauen, die dann zusätzliches Equipment tragen können. Das eröffnet eine unglaubliche Vielzahl an Möglichkeiten. So könnte man interessante Gebiete mit einem Radar-Sensor kartieren, Wärmebilder zur Erkennung von Gaslecks nutzen, Solarpaneele überprüfen oder eine Drohne zur Überwachung oder für die Sicherheit zuhause einsetzen.

Was sollte man wissen und worauf sollte man achten, wenn man eine Foto- und Videodrohne kaufen will?
R.C.: Es ist eine tolle neue Technologie – mein Rat ist es aber, die Privatsphäre anderer zu respektieren. Nur weil man jetzt in der Lage ist zu sehen, was der Nachbar auf dem Grill hat, heißt das nicht, dass man es auch tun sollte. Wie auch immer, ich ermutige jeden, Drohnen auszuprobieren, Spaß mit ihnen zu haben und all die neuen kreativen Möglichkeiten zu genießen, die sie bieten!

Was gefällt Ihnen am meisten an Drohnen?
R.C.: Haben Sie sich jemals einen Schwarm von Drohnen vorgestellt, den Sie einfach mit einem einzigen Gerät steuern können und der in einem riesigen Gebiet mit minimalem Aufwand nach vermissten Personen sucht? Oder Drohnen, die live und von allen möglichen Winkeln Bilder von Sport-Events wie der Formel 1 liefern? Ich meine – wie cool wäre das denn! Drohnen bieten so viele Möglichkeiten und der Raum für Innovationen ist unglaublich. Wir sind gerade einmal am Anfang dessen, was möglich ist.

Torquing ist sehr aktiv in der Heimatgemeinde – warum ist das so wichtig für Sie?
R.C.: Wir möchten etwas zurückgeben. Wales und die Menschen in dieser Region haben uns immer unterstützt. Jetzt wollen wir Kindern hier helfen, Interesse und Leidenschaft für Technologie zu entwickeln, ihnen zeigen, was möglich ist. Wir wollen dabei helfen, dass sie die Ausbildung und die Chance erhalten, selbst einmal einen Unterschied zu machen.
(Bildnachweis: Torquing Group)

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