Der Wald ist der Umwelt schutzlos ausgeliefert. Klimawandel, Luftverschmutzung, Insektenplage oder Wildverbiss, viele Faktoren lösen an den Bäumen Schäden aus. Es gibt bereits heute Sensoren in Wäldern um Temperaturen, Luftqualität oder Feuchtigkeitsgehalt der Stämme zu messen. Außerdem lässt sich mit diesen Sensoren auch das Verhalten von Waldtieren verfolgen, es können Waldbrände und Schadinsektenbefall erkannt werden, ebenso wie der Einfluss menschlicher Aktivitäten auf den Wald. Derartige Sensoren an den Bäumen anzubringen, ist allerdings sowohl aufwändig als auch riskant.
Forscher des Imperial College London und der Empa haben nun Drohnen entwickelt, die diese Aufgabe erledigen. Sie können Sensoren präzise und auch in großer Höhe an Bäumen befestigen. „Die Flugroboter können mit Sensoren bestückte Pfeile selbst bei dichtem Waldbestand platzieren“, sagt Mirko Kovac, Leiter des Aerial Robotics Laboratory am Imperial College und des Materials and Technology Center of Robotics an der Empa in Dübendorf. Falls die Flugbahn für den Pfeil ungeeignet ist, könnten die Drohnen – wie ein Greifvogel – an Stämmen und Ästen Halt finden und die Sensoren direkt anbringen.
Smarte Materialien
Mithilfe der Drohnen wollen die Wissenschaftler ein Netzwerk aus Sensoren aufbauen, um das empfindliche Ökosystem Wald besser beobachten zu können. „Einen besonderen Vorteil bieten die Drohnen, wenn es um schwer zugängliche Regionen, etwa das Amazonasgebiet, geht“, betont der Forscher. „Mit Hilfe der Drohnen lassen sich große Mengen sehr präziser Daten von Umweltschäden im Wald gewinnen. Ich sehe die Drohnen als künstliche Waldbewohner, die den Lebensraum kontrollieren, damit wir ihn auf Basis der gewonnenen Daten besser schützen können.“
Dazu sind die Drohnen mit einer Kamera und einer Startvorrichtung für die Sensorpfeile ausgestattet. Dank Shape-Memory-Metallen – „intelligente“ Materialien, die auf Hitze reagieren und nach einer Verformung in ihre Ausgangsstruktur zurückfinden – ließe sich das Absetzen der Pfeile präzise steuern, erklären die Wissenschaftler. Zusätzlich könnten die Drohnen als mobile Sensoren eingesetzt werden, und selbst Daten sammeln, wenn sie sich auf Ästen niederlassen. Die Wissenschaftler haben die Fähigkeiten der Drohnen bei Flugexperimenten in der Indoor-Flugarena im NEST experimental robot testing space der Empa in Dübendorf und dem Testgelände am Imperial bereits getestet.
Ziel: Autonome Drohnen
Noch werden die Drohnen von den Forschern gesteuert. Sie wählen über das Kamerabild die geeigneten Bäume als Ziel aus und schießen dann die Pfeile ab. Künftig sollen die Flugroboter aber lernen, ihre Arbeit autonom auszuführen. So könnten sie auch an den abgelegensten Orten der Welt, wie im Regenwald, eingesetzt werden. Bis es soweit ist, und derartige Einsätze in der Natur stattfinden können, müsse jedoch „die Verknüpfung von menschlicher Kontrolle und autonomer Roboterarbeit solide ausbalanciert sein, damit die Drohnen auch mit den Unwägbarkeiten einer lebenden Umwelt zurechtkämen“, so die Forscher.
Unterstützung bekommen die Forscherbei ihrer Arbeit 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.
Titelbild: Die Flugroboter können mit Sensoren bestückte Pfeile selbst bei dichtem Waldbestand platzieren. © Imperial College London