Live Fliegen Lernen: Bei FWF-1000-Ideen-Projekt lernen Drohnen eigenständig fliegen

Im Forschungsprojekt “Live Fliegen Lernen” soll eine Drohne selbst verschiedene Flugmanöver von Grund auf erlernen. Ausgehend von einfachsten Aufgaben wie dem Schweben, soll die Drohne allmählich ihre motorischen Fähigkeiten erforschen, Ursache und Wirkung ihrer Motorsteuerung verstehen lernen, und durch ständiges Üben mehr Erfahrung und Fähigkeiten erlangen, bis schließlich auch herausfordernde Bewegungsabläufe möglich sind. Jan Steinbrener (Institut für Intelligente Systemtechnologien) wird bei seinem Vorhaben vom Österreichischen Wissenschaftsfonds FWF (1000-Ideen-Programm) unterstützt. 

„Im Wesentlichen ahmen wir den Entwicklungsprozess der menschlichen Motorik und Propriozeption nach, der kontinuierlich mit steigender Komplexität erfolgt und dabei auf bereits Erlerntem aufbaut. Dazu werden wir Elemente des kontinuierlichen Lernens mit neuartigen, KI-basierten Algorithmen kombinieren. Das wesentlich innovative Element dabei ist, dass das Erlernen der Bewegungen und der daraus resultierende Aufbau des Erfahrungsschatzes allein auf der Drohne durch echte Bewegungsversuche (‚live‘) erfolgt“, erklärt Jan Steinbrener, der als Postdoc-Assistent am Institut für Intelligente Systemtechnologien forscht.

Dieser Ansatz birgt erhebliche Risiken. Drohnen erfordern kontinuierliche Steuereingaben zur Stabilisierung in der Luft. Abstürze sind fast immer katastrophal für die Hardware des Systems. Gleichzeitig sind die an Bord verfügbaren Rechenressourcen begrenzt, da Gewicht und Stromverbrauch die Flugzeit direkt reduzieren. Dies macht den Einsatz modernster KI-Algorithmen bereits zu einer Herausforderung und macht das Erlernen fortgeschrittener KI-Algorithmen auf dem Gerät scheinbar unmöglich. Steinbrener führt dazu weiter aus: „Dennoch glauben wir, dass es mit unserem Ansatz möglich sein wird, einer Drohne beizubringen, komplexe und schnelle Manöver mit besserer Präzision und höherer Beweglichkeit als bisher möglich zu fliegen, und dass sie in der Lage sein wird, erlerntes Wissen auf neue, noch unbekannte Flugbewegungen erfolgreich anzuwenden.“

Das Projekt hat das Potenzial, einen Paradigmenwechsel in der autonomen Systemnavigation und -steuerung einzuleiten – weg vom aktuellen Trend der Big-Data getriebenen, offline trainierten Algorithmen mit Black-Box Charakter, hin zu einem mehr hardware-bezogenen und aufgabenorientierten Entwurf von KI-Algorithmen. Die Fähigkeit selbst erlerntes Wissen über sich selbst zur Bewältigung von neuen Aufgaben heranzuziehen, wird – weit über den Anwendungsbereich von Drohnen hinaus – den Weg für die nächste Generation intelligenter mechatronischer Systeme ebnen.

Das 1000-Ideen-Programm des Österreichischen Wissenschaftsfonds FWF zielt auf High-Risk-Forschung ab, um Österreichs Innovationskraft weiter zu steigern. Für Forschende birgt es ein Risiko, in unerforschtes Terrain mit unbekannten Erfolgsaussichten vorzustoßen. Gelingt das Vorhaben jedoch, stehen die Chancen gut, einen Innovationssprung auszulösen.