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Die Maschine und die Moral

Die Schweizer Rettungdrohne hebt ab

Die Rettungsdrohne der Rega soll 2021 in den Schweizer Alpen einsatzbereit sein. © By Thomas Luethi

Forschung und Bergrettung in der Schweiz verzeichnen derzeit grosse Fortschritte im Bereich der autonomen Drohnen. Die Technologie wird für Such- und Rettungseinsätze weltweit immer gefragter. Doch es gibt Hürden.

Dieser Inhalt wurde am 05. Dezember 2020 - 11:00 publiziert

In Grossbritannien, den USA und Australien zum Beispiel setzen Polizei und Rettungsdienste immer häufiger auf unbemannte Flugzeuge und Drohnen. Ausgerüstet mit Wärmebild-Kameras und anderen Hightech-Sensoren, überwachen sie Küstenabschnitte und finden vermisste Wanderer oder können "Down Under" sogar Koalabären retten, die in Feuerstürmen gefangen sindExterner Link.

In der Schweiz testet die nationale Luftrettungs-Organisation Rega einen autonomen Roboter in Form eines kleinen Helikopters, der in Bergnot geratene Menschen finden kann. Mit der zunehmenden Beliebtheit der Berge als Wander- und Kletterparadies werden die Dienste der Rega immer häufiger benötigt.

Letztes Jahr eilte die gemeinnützige Stiftung, die von 3,5 Millionen Gönnerinnen und Gönnern unterstützt wird, pro Tag im Durchschnitt 31 Menschen zu Hilfe. Seis per Luftrettung, mit medizinischer Hilfe oder mit einem Repatriierungsflug.

Die neue Drohne der Rega ist zwei Meter lang. Sie ist ausgerüstet mit Kameras, Sensoren zum Aufspüren von Mobiltelefonen, einem Antikollisions-System und einem von der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich entwickelten Algorithmus. Dieser ermöglicht ihr, weite Bereiche abzusuchen und autonom Menschen am Boden zu erkennen.

Speziell ausgebildete Drohnenpilotinnen und -piloten der Rega bestimmen den genauen Einsatzort und starten das Gerät von Hand. Hat die Drohne aus der Luft einen Menschen am Boden erkannt, schickt sie eine Meldung zurück. So kann entschieden werden, ob ein Rettungsteam zum Einsatz kommen soll.

Zu den Kosten der Drohne will sich die Rega nicht äussern. Sie besteht darauf, dass die Drohne keine bisherigen Dienstleistungen ersetzen werde. Vielmehr solle sie dazu eingesetzt werden, die konventionellen Rettungskräfte zu ergänzen. So soll sie etwa dann zum Einsatz kommen, wenn der Helikopter wegen schlechter Sicht am Boden bleiben muss.

"Wir werden keine anderen Mittel durch die Drohne ersetzen", sagt Sascha Hardegger, Projektleiter Drohnen bei der Rega. "Bei schlechtem Wetter unterstützt die Drohne die Helikopter oder die Suchhunde."

"Drone Valley"

Die Rega-Rettungsdrohne ist nur das letzte – und konkreteste – Beispiel einer Drohne, die ihren Weg aus den Forschungslabors an die frische Luft gefunden hat. Im Verlauf der letzten 15 Jahre wurde die Schweiz zu einer der führenden Nationen im Bereich Forschung und Entwicklung von Drohnen. Zwischen Zürich und Lausanne ist ein so genanntes "Drone Valley" entstanden – mit mehr als 80 Firmen und über 2500 Arbeitsstellen.

Um die Spitzenforschung in diesem Bereich zu bündeln, wurde 2010 der Nationale Forschungsschwerpunkt (NFS) RobotikExterner Link geschaffen. Dahinter steht der Schweizerische Nationalfonds. Das Ziel ist, "neue, auf den Menschen ausgerichtete Robotertechnologien für mehr Lebensqualität zu entwickeln".

Davide Scaramuzza aus Umbrien, Italien, leitet die Forschungsarbeiten des NFS im Bereich Rettungsrobotik. Sein Team an der Universität Zürich hat Algorithmen entwickelt und mit Kameras und Sensoren ausgerüstete autonome Drohnen gebaut, die viel kleiner sind als jene der Rega.

Sie sind nicht auf GPS-Signale angewiesen. Das bedeutet, dass sie auch in Gebäuden eingesetzt werden können – beispielsweise nach einem Erdbeben. Dort könnten sie in zerstörte Häuser fliegen, um nach Überlebenden zu suchen. Und dies weit weg vom Standort der pilotierenden Person.

Um den Rettungsdrohnen zum Durchbruch zu verhelfen, müssen ihre Erschafferinnen und Erschaffer aber noch einige zentrale Probleme lösen: Wie können sie autonom ausserhalb der Sichtweite fliegen? Wie besser Hindernissen ausweichen? Und wie weniger sperrig sein und gleichzeitig die neusten Kameras und Sensoren tragen, die viel Strom verbrauchen?

Schneller und agiler

Eine der grössten Herausforderungen sei die Entwicklung schnellerer Drohnen, die grössere Distanzen fliegen könnten, sagt Scaramuzza. Er ist auch Leiter der Robotics and Perception Group der Universität ZürichExterner Link.

Drohnen haben wegen der Batterien eine limitierte Flugzeit – derzeit meist 20 bis 30 Minuten. Je weiter sie also fliegen können, desto grösser seien die Erfolgschancen eines Einsatzes im Feld, ist der Forscher überzeugt.

"Wenn Sie eine Drohne beispielsweise das Kernkraftwerk Fukushima erkunden lassen wollen, brauchen Sie vermutlich eine Batterie, welche die Drohne vier bis fünf Stunden in der Luft hält", sagt er.

Flugdauer und Reichweite sind auch ein Thema für die neue Rega-Drohne. Der 17 Kilogramm schwere Roboter ist gegenwärtig mit einer Batterie ausgestattet, die ihm zwei Stunden in der Luft ermöglicht. Bald schon soll die Drohne mit einem Verbrennungsmotor bestückt werden, der längere Flüge ermöglicht. Ab 2021 soll sie zum Einsatz kommen.

Damit ihre Drohnen schneller und beweglicher werden, haben Scaramuzza und sein Team ihre Geräte mit so genannten Ereigniskameras (Bildverarbeitungs-Sensoren) ausgerüstet. Mit diesen soll es einfacher sein, Hindernissen auszuweichen.

Statt Bilder oder Videosequenzen aufzunehmen, messen Ereigniskameras die Helligkeitsveränderungen im Grössenbereich einzelner Pixel. Solche Veränderungen zeigen Bewegungen oder Störungen in der Umgebung an.

Die Reaktion erfolgt ultraschnell: Diesen Sommer gelang es einer zehn Meter pro Sekunde fliegenden Drohne dank ihrer Ereigniskamera, einem Basketball auszuweichenExterner Link, der nach ihr geworfen wurde. Die Drohne brauchte nur 3,5 Millisekunden, um das Objekt zu erkennen und diesem auszuweichen.

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"Ereigniskameras können Objekte 10'000 Mal schneller sehen als eine normale Kamera", sagt Scaramuzza. "In der Praxis bedeutet das, dass man damit zehn Mal schneller fliegen kann als mit einer normalen Kamera."

Sein Team arbeitet auch in anderen Bereichen an der Wendigkeit von Drohnen: So arbeitetet es zusammen mit dem US-Tech-Giganten Intel an einer Drohne mit einem Navigations-Algorithmus. Sie soll imstande sein, autonom verschiedene Tricks und Loopings mit hoher GeschwindigkeitExterner Link auszuführen, mit Hilfe ihrer Sensoren.

Zudem ist es den Forschenden unter anderem gelungen, autonome Drohnen zu entwickeln, die sich "zusammenfalten" können, um durch enge Durchgänge zu fliegen. "Wir haben eine Drohne, die durch eine enge Öffnung in einen halb eingestürzten Raum fliegen kann und mit Hilfe ihrer Kameras auch wieder den Weg nach draussen findet", sagt Scaramuzza. Anfang dieses Jahres wurde eine solche Drohne Such- und Rettungsteams des Roten Kreuzes in Bern demonstriert.

"Vogelähnlich" und zerlegbar

Auch Forschende der ETH Lausanne (EPFL) arbeiten daran, Beweglichkeit, Flugzeit und Geschwindigkeit der nächsten Drohnen-Generation zu verbessern. Kürzlich präsentierten sie eine "vogelähnliche" Drohne. Diese basiert auf einem Habicht. Die Flügel und der Schwanz sind gefiedert und beweglich. So kann er Roboter schneller oder langsamer fliegen.

Die EPFL hat eine Drohne gebaut, die einem Habicht gleicht. Die Flügel und der Schwanz sind beweglich. © 2020 EPFL / Alain Herzog

"Diese enorme Beweglichkeit ermöglicht uns, in Städten und um Gebäude herum oder in Wäldern zu fliegen. Das ist sehr wichtig für Rettungsmissionen", sagt Dario Floreano. Er ist Leiter des Labors für Intelligente SystemeExterner Link an der EPFL. In einem nächsten Schritt plant das Team, Künstliche Intelligenz in die Drohne einzubauen. So soll diese halbautonom fliegen können.

Eine weitere Forschungsrichtung sind Drohnen, die beim Katastrophenschutz zum Einsatz kommen könnten. So kamen etwa die kollisionsresistenten "Käfigdrohnen", entwickelt vom EPFL-Spinoff Flyability, bereits zu Einsätzen im Feld.

Ein weiteres Spinoff aus der Gegend um Lausanne, Dronistics, entwickelt im eigenen Käfig fliegende Lieferdrohnen wie die "PackDrone". Diese kann flach zusammengefaltet und in einem Rucksack transportiert werden. Versuche mit der Drohne wurden bereits in den Bergen der Dominikanischen Republik durchgeführt.

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"Die Einsatzmöglichkeiten der 'PackDrone' konnten wir in einer Übung beweisen, indem wir jemanden auf dem Dach eines Gebäudes mit einem Nothilfe-Kit belieferten", sagt Floreano. Er agiert auf nationaler Ebene als Direktor des NFS Robotik.

Vom Hype zur Anwendung

Das auf 12 Jahre ausgelegte NFS-Forschungsprogramm hat seit der Lancierung rund zehn Millionen Franken in den Bereich der Rettungsroboter investiert. Dieses Geld sei "gut ausgegeben", wenn man die Anzahl der Spinoffs und beteiligten Forschenden in diesem Bereich bedenke, die "mindestens fünf Mal so viel Geld und viele Jobs schaffen", sagt Floreano.

Laut Spezialisten aber bleibt der Markt für Rettungsdrohnen momentan eine Nische und ein hartes Pflaster. Trotz der grossen Anzahl an Drohnenproduzenten in der Schweiz würden sich nur wenige auf Rettungsdrohnen spezialisieren.

"Die profitabelsten Märkte für zivile Drohnen sind die Inspektion von Brücken und Hochspannungsleitungen, die Landwirtschaft, Sicherheit und Sicherung – dazu zählt man die Unterkategorie Suche und Rettung – sowie die Unterhaltung", sagt Scaramuzza. "Keine Firma spezialisiert sich auf Suche und Rettung. Es ist nur ein Seitenprojekt für sie."

Flyability ist da eine Ausnahme. Das Unternehmen spezialisiert sich in den Bereichen Inspektion und Erkundung von Innenräumen und unzugänglichen Orten. Es hat hunderte Kunden in über 50 Ländern. So half seine Drohnentechnologie beispielsweise kürzlich Forschenden, die Tiefen einiger der tiefsten Eishöhlen der Welt auf Grönland zu erreichen. "Sie haben das brauchbarste Produkt für Suche und Rettung", sagt Scaramuzza. "Aber es muss von einem Menschen pilotiert werden."

Eine weitere Schweizer Firma, die einen kommerziellen Erfolg vermelden kann, ist das gemeinnützige schweizerisch-amerikanische Unternehmen "WeRobotics". Sein Netzwerk aus verschiedenen "Flying Labs" hilft Gemeinschaften in einkommensschwachen Ländern, Zugang zu Technologie und Schulung zu erhalten, um Drohnen bei der lokalen Katastrophenhilfe und der nachhaltigen Entwicklung einzusetzen.

Das Netzwerk ist aktiv in Afrika, Lateinamerika und Asien. Es nutzt Drohnen, um die Umgebung zu kartieren und zu überwachen, Nachschub und Medikamente zu liefern sowie Such- und Rettungseinsätze durchzuführen.

Die Hürden

Das Rega-Projekt könnte weltweit eine Ausnahme sein. Denn Notfallteams und Spezialisten hätten den Nutzen von Rettungsrobotern noch nicht wirklich erkannt, gibt Floreano zu bedenken. Denn diese könnten als zu komplex erscheinen.

"Katastrophenschutz-Teams müssen so viele Dinge beherrschen, wenn sie innert kürzester Zeit am Ort einer Katastrophe eintreffen. Deshalb ist es für sie noch nicht offensichtlich, dabei auch Drohnen einzusetzen. Denn diese gestalten einen Einsatz zusätzlich komplex", sagt er. Fazit: "Es gibt noch eine grosse Wissenslücke, und es liegt noch eine Menge Arbeit vor uns", so Floreano.

(Übertragung aus dem Englischen: Christian Raaflaub)

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