Wie kann können sich autonome Drohnen ohne Karte in einer unbekannten Umgebung zurechtfinden? Eigentlich braucht man dafür erfahrene menschliche Piloten. Bei Unfällen, Katastrophen oder auf Baustellen wäre es jedoch hilfreich, wenn ein autonomes Gerät einsatzbereit wäre.
KI-Algorithmus lernt vom simulierten Experten
In einer Studie wurde ein autonomer Quadrocopter darauf trainiert, mit Geschwindigkeiten bis zu 40 km/h durch unbekannte Umgebungen wie Wälder, Gebäude, Ruinen oder Züge zu fliegen, ohne mit Bäumen, Mauern oder anderen Hindernissen zu kollidieren. Dabei stützt sich die Drohne nur auf die eingebauten Kameras und die Berechnungen des Quadrocopters.
Das neuronale Netz der Drohne lernt das Umfliegen von Hindernissen, indem es eine Art “simulierten Lehrer” beobachtete: einen Algorithmus, der eine computergestützte Drohne durch eine simulierte Umgebung voller komplexer Hindernisse flog. Der Algorithmus war jederzeit über die Position des Quadrotors und die Messwerte seiner Sensoren informiert und verfügte über genügend Zeit und Rechenleistung, um in Sekundenbruchteilen die beste Flugbahn zu errechnen.
Dieser “simulierte Lehrer” kann zwar nicht ausserhalb der Simulation eingesetzt werden, aber seine Daten werden verwendet, um dem neuronalen Netz beizubringen, wie es aufgrund der von den Sensoren übermittelten Daten die beste Flugbahn vorhersagen kann. Das ist ein Vorteil gegenüber Systemen, die zunächst anhand von Sensordaten eine Karte der Umgebung erstellen und dann innerhalb dieser Karte Flugbahnen planen – zwei Schritte, die viel Zeit in Anspruch nehmen und es fast unmöglich machen, mit hoher Geschwindigkeit zu fliegen.
Auch andere Anwendung sind möglich
Nach dem Training in der Simulation wurde das System direkt im Freien eingesetzt, wo eine autonome Drohne in verschiedenen Umgebungen ohne Kollisionen mit Geschwindigkeiten von bis zu 40 Stundenkilometer fliegen konnte.
Die Anwendungen des Systems sind nicht nur auf Quadrocopter beschränkt: Der Ansatz könnte auch nützlich sein, um die Leistung von autonomen Autos zu verbessern oder KI-Systeme in Bereichen zu trainieren, in denen das Sammeln von Daten schwierig bis unmöglich ist. In einem nächsten Schritt sollen das System verbessert und schnellere Sensoren entwickelt werden, die in kürzerer Zeit mehr Umgebungsinformationen liefern, damit die Drohne auch bei Geschwindigkeiten über 40 km/h sicher fliegt.
