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Umweltschäden erkennen: Drohnen platzieren Sensoren im Wald

Teaserbild-Quelle: Imperial College London

Forscher der Empa und des «Imperial College London» haben Drohnen entwickelt, die Bäume mit Sensoren ausrüsten. Diese erkennen Umweltschäden und ermöglichen so einen Einblick in das ökologische Gleichgewicht des Waldes.

Klimawandel, Insektenplagen oder Wildverbiss: Der Wald ist vielen schädlichen Umwelteinflüssen ausgesetzt, die beobachtet werden müssen. Bereits heute sind für diesen Zweck Sensoren in Wäldern stationiert, die Temperaturen, Luftqualität oder Feuchtigkeitsgehalt der Stämme messen, wie die Empa am Dienstag mitteilte.

Durch derartige Sensoren können ausserdem Waldbrände und Schadinsektenbefall registriert, das Verhalten von Waldtieren verfolgt und der Einfluss menschlicher Aktivitäten auf den Wald erkannt werden. Allerdings stellt das Positionieren der Sensoren an Bäumen ein aufwändiges und riskantes Unterfangen dar.

Drohnen platzieren Sensor-Pfeile

Ein gemeinsames Forscherteam des «Imperial College London» und der Empa konnte nun Drohnen entwickeln, die Sensoren an Bäumen selbst in grosser Höhe präzise befestigen können. Die Flugroboter verwenden dafür Pfeile, die mit Sensoren bestückt sind.

Die Platzierung funktioniere selbst bei dichtem Waldbestand, erklärt Mirko Kovac, Leiter des «Aerial Robotics Laboratory» am Imperial College und des «Materials and Technology Center of Robotics» der Empa. Ist die Flugbahn für den Pfeil ungeeignet, finden die Drohnen ausserdem wie ein Greifvogel selbstständig an Stämmen und Ästen Halt und bringen die Sensoren direkt an.

Künstliche Waldbewohner für den Schutz

Mit den Flugrobotern soll ein Netzwerk aus Sensoren aufgebaut werden, das dabei hilft, den Wald als empfindliches Ökosystem besser zu beobachten. Daneben lassen sich mit Hilfe der Drohnen aber auch grosse Mengen präziser Daten von Umweltschäden im Wald gewinnen, wie Kovac weiter erklärt.

Der Forscher sieht die Drohnen als künstliche Waldbewohner, die den Lebensraum kontrollieren und so bei dessen Schutz unterstützen. Laut Kovac bieten die Flugroboter insbesondere bei schwer zugänglichen Regionen wie etwa dem Amazonasgebiet einen grossen Vorteil.

Grafik Drohnen statten Bäume mit Sensoren aus

Quelle: Imperial College London

So könnten Drohnen in den verschiedenen Schichten der Regenwaldvegetation arbeiten.

Shape-Memory-Metalle für präzise Flugbahn

Die Drohnen selbst sind mit einer Kamera und einer Startvorrichtung für die Sensorpfeile ausgerüstet. Dank sogenannten Shape-Memory-Metallen – also «intelligenten» Materialien, die auf Hitze reagieren und nach einer Verformung in ihre Ausgangsstruktur zurückfinden – lässt sich das Absetzen der Pfeile präzise steuern.  

Die Flugroboter können ausserdem auch selbst als mobile Sensoren eingesetzt werden und Daten sammeln, wenn sie sich auf Ästen niederlassen. Die Fähigkeiten der Drohnen wurden bereits in der Indoor-Flugarena im Nest-Gebäude der Empa in Dübendorf und dem Testgelände am Imperial College getestet.

Flugroboter sollen autonom arbeiten

Derzeit werden die Drohnen noch von Menschen gesteuert. So wählen die Forscher wählen über das Kamerabild geeignete Bäume aus und schiessen die Pfeile ab. In einem nächsten Schritt sollen die Flugmaschinen lernen, ihre Arbeit autonom auszuführen, um sie an noch abgeschiedeneren Orten einsetzen zu können.

Bevor jedoch derartige Einsätze in der Natur stattfinden können, muss laut den Forschern die Verknüpfung von menschlicher Kontrolle und autonomer Roboterarbeit solide ausbalanciert sein. Nur so können die Drohnen auch mit den Unwägbarkeiten einer lebenden Umwelt zurechtkommen. (mgt/pb) 

Die Forschungsarbeiten werden unterstützt vom Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), Offshore Robotics for Certification of Assets Hub (ORCA), EU's Horizon 2020 und der britischen Akademie der Wissenschaften The Royal Society.

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