Der Elektrotechniker Stephan Weiss entwickelt fliegende Roboter, die genauer navigieren, als es GPS ermöglicht. Dies hilft bei Inspektionen auf der Erde und dem Mars.
Wir dachten zuerst, das sei ein Scherz, den der Direktor des Forschungsinstitutes halt so macht: Er fragte, ob die kleinen Helikopter auch auf dem Mars fliegen können“, erzählt Stephan Weiss. Sein damaliges Team am Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Kalifornien, USA, lachte. „Das muss man sich durchrechnen“, war die Antwort. Tatsächlich wurde daraus eine Projektstudie am JPL, einem Forschungsinstitut der Nasa. „Bei der nächsten Marsmission im Jahr 2020 soll ein Helikopter den Marsrover unterstützen. JPL und die Nasa forschen, ob die Algorithmen aus meiner Dissertation für die Navigation solcher Roboter ohne GPS dafür geeignet sind“, so Weiss. Er hat in seiner Doktorarbeit an der ETH Zürich autonom fliegende Roboter entwickelt, die keine Fernsteuerung benötigen und nicht auf GPS angewiesen sind.
„GPS ist relativ ungenau für detailreiche Untersuchungen im dreidimensionalen Raum, etwa, wann man eine Fassade inspizieren will“, so Weiss. Es ist auch zwischen Häuserschluchten unzuverlässig und funktioniert innerhalb von Gebäuden gar nicht. „Wir arbeiten mit normalen Kameras, die dank unseren Algorithmen eine exakte Positionierung im 3-D-Raum ermöglichen“, sagt der Schweizer. Die gesamte Bildverarbeitung und Positionsmessung läuft auf kleinen Rechnereinheiten am Helikopter.
„Hätte man eine Basisstation, die die Rechenleistung übernimmt, würde das Ding bei einer Funkunterbrechung vom Himmel fallen“, betont Weiss, der seit Oktober Professor an der Uni Klagenfurt ist. Die Fluggeräte, die er entwickelt, sind kleine Quadcopter oder Hexacopter, wie man sie als ferngesteuerte Hobbygeräte im Baumarkt kaufen kann. „Und auf diese Helikopter packen wir eine Ladung Hirn drauf: Wir entwickeln für sie die Intelligenz.“ Sie können allein oder in Gruppen starten und schwer erreichbare Objekte erkunden. „Eine Firma, die Brücken inspiziert, müsste nicht erfahrene Piloten losschicken, sondern kann die Fluggeräte auch mit untrainiertem Personal einsetzen, um an gefährliche Stellen zu gelangen.“ Das spart aufwendige Schulungen für das Personal und erhöht die Sicherheit der Mitarbeiter. Die Helikopter liefern das Bildmaterial aller Details und weitere Informationen.
Die Entwicklung dieser Technologie und ihrer Optimierung beginnt stets mit Papier und Bleistift bzw. in Diskussionen des Teams rund um eine Tafel, bei der entschieden wird, welche Mathematik und Algorithmen notwendig sind. Dann geht es an den Computer, wo man Simulationen entwirft, die die Berechnungen vom Papier bestätigen sollen. „Erst dann geht man hinaus: zuerst in einen gesicherten, überdachten Bereich“, so Weiss. „Dort erfährt man leider, dass man mit Murphy gut befreundet ist: Vieles geht bei den ersten Tests noch schief“, schmunzelt er. Dann heißt es, zurück an den Start: Fehlersuche. Erst, wenn alle Fehlerquellen ausgemerzt sind, geht es mit den Fluggeräten ins Freiland, wo strenge Regelungen bezüglich des Flugraumes herrschen. „Es ist wichtig hinaus zu gehen, sonst bleibt man im Elfenbeinturm der Forschung“, sagt Weiss.
Forscher gleitet selbst gern in der Luft
Er selbst bewegt sich auch durch die Lüfte im dreidimensionalen Raum. „Ich bin schon in der Schweiz gern Gleitschirm geflogen und kann das nun in Kärnten wieder genießen“, schwärmt der junge Professor. Auch Biken und Tauchen dienen ihm und seiner Frau zur Erholung. „Wir haben beide gern in den USA gelebt. Aber wir wussten: Alt wollten wir dort nicht werden.“ Daher war die Ausschreibung an der Universität Klagenfurt ein Glücksfall: „Egal, ob in den USA oder in der Schweiz, ein so ehrliches Miteinander wie an der Uni Klagenfurt habe ich noch nie erlebt. Die Menschen sind bemüht, gemeinsam etwas zu machen und nicht wie anderswo auf den eigenen Vorteil fokussiert.“
ZUR PERSON
Stephan Weiss wurde 1981 geboren und wuchs im Kanton Aargau in der Schweiz auf. Er studierte an der ETH Zürich Elektrotechnik und Informationstechnologie. Nach der Dissertation (bis 2012) ging er an das Jet Propulsion Laboratory in Kalifornien: Dort konnte er, finanziert von der Nasa, seine autonomen Flugroboter weiterentwickeln. Seit Oktober 2015 ist Weiss nun Professor am Institut für Intelligente Systemtechnologien der Uni Klagenfurt.
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("Die Presse", Print-Ausgabe, 14.11.2015)