17.12.2021 | Gottardo Pestalozzi | News WSL
Die Umweltbedingungen in Baumkronen zu erforschen setzt Schwindelfreiheit und Klettertalent oder teure Gerüstbauten voraus. Neu setzen Wissenschaftler aber auch auf spezielle Drohnen. Solche entwickelt ein Team der Eidg. Forschungsanstalt WSL und der ETH Zürich.
Ein gelber Zylinder nähert sich summend dem dicht belaubten Ahornbaum. Zielstrebig fliegt er einen armdicken Ast an. Dabei streift er unbekümmert Blätter und dünne Äste. Am Ziel angekommen hängt er sich an, wackelt kurz hin und her und verstummt. Was geht hier vor? Das Journal IEEE Robotics and Automation publizierte kürzlich einen ausführlichen Artikel darüber.
Den Wald beobachten, um ihn zu schützen
Wälder bedecken etwa ein Drittel der Erdoberfläche, auch in der Schweiz. Sie sind von enormer Bedeutung für die Artenvielfalt, die Klimaregulierung und das ökologische Gleichgewicht. Um sie zu erforschen und ihre Ökosysteme zu schützen, braucht es auch Daten aus den Baumkronen. Wegen deren Höhe sowie den Blättern und Ästen, die den Zugang versperren, sind diese für Forschende aber schwer zugänglich. Da könnten doch Drohnen helfen? Ja aber …
Drohnen waren bisher nur in der Lage, Informationen durch Überflug zu sammeln. Die begrenzte Akkudauer und die störende Geräuschentwicklung schränken ihre Nutzung zusätzlich ein. Um solche Hindernisse zu überwinden, haben Forschende an der WSL und ETH Zürich begonnen, Drohnen – eigentliche Umweltroboter – zu entwickeln, die das Verhalten der Lebewesen imitieren, die in den Baumkronen leben. Sie sollen Kollisionen mit Ästen aushalten, durch Aushöhlungen kriechen, sich an Objekten festkrallen, Aufnahmen machen oder Sensoren deponieren können. Das erste Produkt des Teams um ETH-Professor Stefano Mintchev ist HEDGEHOG, eine Drohne, die sich an Ästen festkrallen kann.
Propellerabschaltung ermöglicht diskrete Langzeit-Beobachtung
Ihr besonderen Fähigkeiten verdankt die HEDGEHOG Drohne vor allem zwei Elementen: Einem zylindrischen Schutzgitter und einem Set von «Origami-style» Stacheln.
Das Schutzgitter beherbergt die Propeller und erlaubt selbst dann einen sicheren Flug, wenn die Berührung mit Blättern und Ästen unvermeidlich ist. Zudem dient es als Träger für Akkus, Mikrophone, Kameras und weiteren Sensoren nach Bedarf.
Am Ast hält sich HEDGEHOG mittels speziell beschichteten, beweglichen Stacheln fest. Diese sind von der japanischen Origami-Falttechnik inspiriert. Wenn die Stacheln einen Ast berühren, öffnen sich ihre seitlichen Faltklappen, um sich der unregelmäßigen Astoberfläche anzupassen. An ihrer Innenseite sind sie zudem mit einer Antirutschoberfläche ausgestattet, die dazu beiträgt, das Gewicht der Drohne zu tragen.
Der Pilot kann die Drohne über die Fernbedienung in einen Standby-Modus versetzen. Mit den eingebauten Kameras und Mikrophonen kann sie so über längere Zeit unauffällig das Geschehen in der Krone beobachten, sprich Video und Audio aufnehmen. Am Ender der Beobachtung kann der Roboter wieder geweckt und zur Basis zurückgeholt werden.
Die Umweltroboter helfen, das Wald-Ökosystem zu verstehen
Mit HEDGEHOG und anderen Roboter-Drohnen möchte das Entwicklungsteam einen Beitrag leisten zur vertieften Kenntnis des Lebens in den Baumkronen. Diese kann als Grundlage für Schutzmassnahmen und Waldbauliche Entscheidungen dienen. Steffen Kirchgeorg hat den HEDGEHOG-Prototyp im Rahmen des Projekts CYbER (CanopY Exploration Robots) entwickelt und an der WSL in Birmensdorf gebaut und getestet.
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