Wendig wie Wanderheuschrecken

Biologen der Universität Graz arbeiten an der Entwicklung eines von der Natur inspirierten Sensors zur Kollisionsvermeidung von Drohnen

Pakete werden vom Absender bis zur Haustür der Empfänger*innen von automatisch gesteuerten Drohnen kostengünstig, schnell und – für alle Beteiligten besonders wichtig – kollisionsfrei angeliefert. Ein Zukunftsszenario, das im Forschungsprojekt „BioKollAvoid“, kurz für Bionic Kollision Avoid, am Institut für Biologie der Universität Graz Realität werden könnte. Das System soll die Reaktionsfähigkeit der Heuschrecken auf das Flugverhalten von Drohnen übertragen.

Das Team rund um den Zoologen Manfred Hartbauer bedient sich an den visuellen Fähigkeiten der Insekten. „Die bewegungsempfindlichen Augen der Wanderheuschrecken besitzen beinahe einen Rundumblick. Sie reagieren auf die rasche Kantenexpansion von sich annähernden Objekten reflexartig. So weichen einzelne Individuen in Schwärmen mit bis zu zehn Millionen Insekten gekonnt Hindernissen aus, ohne dabei zu kollidieren“, erklärt Hartbauer. Dieses Anti-Kollisionsverhalten kann durch das Anbringen von Elektroden an zwei auf Nervensträngen sitzenden Neuronen der Wanderheuschrecken, den sogenannten Kollisionsdetektorneuronen, abgeleitet werden.

 „Über zwei gekrümmte Monitore werden den Insekten verschiedene Szenen vorgespielt, vergleichbar wie in einem IMAXX-Kino. Droht eine Kollision, werden bestimmte Nervenfasern aktiviert, was eine Abfolge von elektrischen Potenzialen erzeugt. Die werden von uns abgenommen und die Daten weiterverarbeitet“, beschreibt der Bioniker den Ablauf des Versuchs.

Helmut Jungwirth, Professor für Wissenschaftskommunikation an der Universität Graz, zu Besuch bei Manfred Hartbauer am Institut für Zoologie

Steirisches Know-how

Die dabei gewonnene biologischen Daten werden von der Projektpartnerin FH Joanneum in Form eines Algorithmus auf einen Chip gespeichert. Vor ihrem Erstflug in der Natur absolviert die Drohne eine Testphase in einer virtuellen Flugumgebung an der TU Graz. In Zusammenarbeit mit der Grazer Firma Drone Rescue Systems Inc. kann der neu entwickelte Algorithmus im Falle einer unvermeidbaren Kollision einen Bremsfallschirm auslösen, um den unkontrollierten Absturz der Flugobjekte zu verhindern.

Derzeit befindet sich das Projekt im Anfangsstadium, im Oktober 2021 soll ein Demonstrator mit optischem Kollisionssensor vorgestellt werden, der zuverlässig Ausweichmanöver kostengünstig und energiesparend ausführen kann. Damit könnte nicht nur ein Schritt in Richtung autonome Paketboten gewagt werden, sondern ebenso Know-how für andere Technologien, wie unter anderem selbstfahrende Fahrzeuge, gewonnen werden.

Beitrag über die Forschung von Manfred Hartbauer in der Sendung „Steiermark Heute“ im Rahmen der Medienkooperation „Wissenswert“ der Steirischen Hochschulkonferenz mit dem ORF
© Uni Graz/Kernasenko

Über den/die Forscher*In

Der Zoologe Dr. Manfred Hartbauer (r.) befasst sich zum einen mit der Entwicklung von umweltfreundlichen Insektiziden, zum anderen forscht er im Bereich der Neurobionik. Mit Konstantinos Kostarakos (l.) untersucht er, wie Mechanismen der sensorischen Informationsverarbeitung von Insekten für die Entwicklung technischer Anwendungen genutzt werden können. Ziel des Kooperationsprojekts „BioKollAvoid“ ist die effiziente Kollisionsvermeidung von Flugdrohnen mit Hilfe von zwei Miniaturkameras.