Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB
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Drones Experience Lab

Vom Bedarf zur Anwendung: Potenziale von Drohnen und Drohnenverbünden einordnen und für konkrete Anwendungsfälle nutzbar machen

Drohnen und Drohnenverbünde eröffnen neue Möglichkeiten für die Informationsgewinnung, Lagebeurteilung und die koordinierte Bearbeitung komplexer Aufgaben. Besonders relevant sind solche Systeme in den Bereichen Krisenvorsorge und -management sowie Verteidigung und Sicherheit. Darüber hinaus bieten sie vielfältige Potenziale für Anwendungen in Industrie, Bauwesen und Umweltüberwachung sowie bei Inspektions- und Logistikaufgaben.

Mit dem Drones Experience Lab des Fraunhofer IOSB in Karlsruhe bieten wir Unternehmen, Behörden, Forschungseinrichtungen und weiteren Interessenten einen anwendungsbezogenen Rahmen, um Potenziale, Grenzen und Einsatzmöglichkeiten von Drohnen und Drohnenverbünden im jeweiligen Anwendungskontext einzuordnen und konkrete Anwendungsfälle zu entwickeln.

Ausgehend von konkreten Fragestellungen und Bedarfen ordnen wir technologische Möglichkeiten ein, entwickeln potenzielle Einsatzszenarien und leiten daraus geeignete Ansätze für Forschung, Entwicklung, Erprobung oder Pilotvorhaben ab.

Bilder: Mehrere Drohnen beziehungsweise ein kleiner Drohnenverbund im Test.

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Anwendungsschwerpunkte

Das Fraunhofer IOSB bringt langjährige Expertise in der Entwicklung intelligenter Drohnen und kooperativer Drohnensysteme ein. Im Drones Experience Lab betrachten wir technologische Fragestellungen, die für den Einsatz einzelner Drohnen und heterogener Drohnenverbünde in unterschiedlichen Anwendungskontexten relevant sind.

Dabei stehen unter anderem folgende Themenfelder im Fokus:

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  • Drohnen können relevante Informationen flexibel und mit reduziertem Risiko erfassen. Wir betrachten, wie Sensor- und Kontextinformationen ausgewertet, zusammengeführt und zu aufgaben- und bedarfsgerechten Lagebildern aufbereitet werden können.

  • Wir untersuchen Verfahren zur Planung und Durchführung von Drohneneinsätzen. Dazu gehören die Auswahl geeigneter Systeme und Fähigkeiten, die Koordination heterogener Drohnenverbünde, die Verteilung von Aufgaben sowie die Anpassung der Missionsdurchführung an veränderte Aufträge, Umweltbedingungen oder Einsatzlagen. Dabei betrachten wir auch, wie intelligente Drohnenverbünde Aufgaben selbstorganisiert bearbeiten können.

  • Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf modularen und skalierbaren Kontrollstationen für die Steuerung und Überwachung einzelner Drohnen und heterogener Drohnenverbünde. Dabei betrachten wir aufgabenorientierte Bedienkonzepte und Unterstützungsfunktionen für die Planung, Durchführung und Bewertung von Einsätzen.

  • Wir untersuchen, wie unterschiedliche Drohnen, Sensoren, Nutzlasten und Kontrollsysteme über geeignete Schnittstellen zusammenwirken und in übergeordnete Strukturen eingebunden werden können. Dazu gehört auch das Zusammenspiel mit weiteren unbemannten und autonomen Systemen, beispielsweise Boden- und Wasserfahrzeugen sowie humanoiden Robotern.

  • Wir betrachten technische Grundlagen für Autonomie und eine auf die jeweilige Aufgabe abgestimmte Informationsverarbeitung, bei Bedarf auch dezentral und direkt auf den eingesetzten Drohnen. Hierzu gehören angepasste Softwarekomponenten, Betriebssystemkonzepte speziell für Drohnensysteme sowie der Einsatz aktueller KI-Verfahren.

Vom Anwendungsbedarf zum Use Case


Ausgangspunkt des Drones Experience Lab sind die konkreten Fragestellungen und Bedarfe der jeweiligen Interessenten. Gemeinsam betrachten wir technologische Möglichkeiten, Grenzen und Rahmenbedingungen von Drohnen und Drohnenverbünden im jeweiligen Anwendungskontext.

Je nach Fragestellung entwickeln wir ein geeignetes Austausch- und Arbeitsformat. Dabei analysieren wir den Anwendungsbedarf, strukturieren potenzielle Einsatzszenarien und betrachten Anforderungen, technische Machbarkeit, Nutzenpotenziale sowie offene Forschungs- und Entwicklungsfragen. Unsere Erfahrungen aus Forschungs- und Entwicklungsprojekten sowie geeignete Beispiele und, soweit verfügbar, ausgewählte Demonstratoren können die fachliche Einordnung unterstützen.

Die Ergebnisse schaffen eine Grundlage, um potenzielle Anwendungsfälle zu bewerten und geeignete nächste Schritte für Forschung, Entwicklung oder Erprobung abzuleiten.
 

Unser gemeinsamer Vorgehensansatz

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Gemeinsam Anwendungsfälle konkretisieren

Sie möchten sich einen Überblick über die Potenziale von Drohnen und Drohnenverbünden verschaffen oder prüfen, welchen Beitrag solche Systeme zur Lösung einer konkreten Aufgabenstellung leisten können? Im Drones Experience Lab unterstützen wir Sie dabei, technologische Möglichkeiten und Grenzen einzuordnen, potenzielle Einsatzszenarien für Ihren Kontext zu entwickeln und daraus geeignete nächste Schritte für Forschung, Entwicklung oder Erprobung abzuleiten.

Austausch-, Forschungs- und Transferplattform

Das Drones Experience Lab verbindet fachliche Orientierung und gemeinsame Use-Case-Entwicklung mit der Konzeption weiterführender Forschungs-, Entwicklungs- und Erprobungsvorhaben. Es schafft einen Rahmen für den Austausch zwischen Anwendern und Forschung und unterstützt dabei, konkrete Bedarfe mit technologischen Möglichkeiten zusammenzuführen.

Auf diese Weise können anwendungsbezogene Fragestellungen systematisch weiterentwickelt und Erkenntnisse aus der Forschung schrittweise für konkrete Anwendungen nutzbar gemacht werden.

Infrastruktur und Rahmenbedingungen

Zur Infrastruktur des Drones Experience Lab gehört ein Indoor-Testfeld in der Karlsruher Forschungsfabrik. Das Testfeld verfügt über eine erweiterbare technische Basisinfrastruktur sowie verschiedene Drohnensysteme, mit denen abhängig von der jeweiligen Fragestellung ausgewählte technologische Aspekte betrachtet werden können. Es unterstützt damit die fachliche Auseinandersetzung mit Drohnen und Drohnenverbünden und kann dazu beitragen, ausgewählte Funktionen und Zusammenhänge zu veranschaulichen.

Welche Möglichkeiten das Indoor-Testfeld für eine konkrete Aufgabenstellung bietet, hängt vom jeweiligen Bedarf sowie von den technischen und organisatorischen Rahmenbedingungen ab. Vollständige Anwendungsszenarien werden daher in der Regel zunächst konzeptionell betrachtet. Wenn geeignete Umgebungen oder zusätzliche Infrastruktur durch Partner bereitgestellt werden, können weiterführende Untersuchungs- und Erprobungsansätze gemeinsam konzipiert und bezogen auf das konkrete Vorhaben geprüft werden.

Drohnenprojekte des Fraunhofer IOSB

ALBACOPTER® - Skalierbares Konzept für autonome fliegende Transportdrohnen
MODEAS – Modulares Drohnenerfassungs- und Assistenz­system
SiUSpace: Sicherer Drohnenbetrieb im U-Space
Aufklärung mit mobilen und ortsfesten Sensoren im Verbund - AMFIS
ArGUS - Assistenzsystem zur situationsbewussten AbwehR von Gefahren durch UAS
[Interview] Vom Drohnenrekorder zum augensicheren Wirklaser
Lösungen, die die Interoperabilität von unbemannten Systemen und deren Kontrollstationen ermöglichen
KI-basierte Detektion, Klassifikation und Tracking von Drohnen
ISR-Manager App - Ressourcenoptimale Sensoreinsatzplanung
Realisierung vernetzter martimer Überwachungs- und Aufklärungsmissionen - OCEAN2020
SENEKA – mobiles Roboter-Sensor-Netzwerk für Katastrophenmanagement
Heterogene unbemannte Gruppe intelligenter Fahrzeuge
Software-Applikation zur Wegeplanung für mobile Systeme - PathPlanner
ABUL – Automatisierte Bild- und Videoauswertung für Unbemannte Luftfahrzeuge
cUAS - Erkennung, Klassifizierung, Verfolgung und Abwehr kleiner Drohnen

Drohnen und humanoide Roboter im Zusammenspiel

Ein perspektivisch besonders relevantes Anwendungsfeld ist die Kollaboration von Drohnen und humanoiden Robotern in heterogenen Teams. Dabei betrachten wir, wie beide Systemarten ihre jeweiligen Fähigkeiten einbringen, Informationen austauschen und Aufgaben koordiniert bearbeiten können. Hier verbinden wir die Kompetenzen des Drones Experience Lab mit denen des Humanoid Robots Experience Lab des Fraunhofer IOSB.

Weitere Informationen

 

Abteilung IAS des Fraunhofer IOSB

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Geschäftsfeld KI und Robotik

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Geschäftsfeld Verteidigung und Sicherheit

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