Fledermaus-Drohne orientiert sich per Schall

Februar 15, 2023

EPFL-Drohne „Crazyflie“ bei einem Testflug in der Schweiz (Foto: Dümbgen et al., epfl.ch)

Smarte EPFL-Entwicklung nutzt kostengünstige Mikrofone und einen piezoelektrischen Summer 

Die neue Drohne „Crazyflie“ von Forschern der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (https://www.epfl.ch) (EPFL) verfügt weder über eine Kamera noch über LiDAR oder Radar. Dennoch fliegt sie selbst in der Nacht, ohne Hindernisse zu berühren. Vorbild ist die Fledermaus, die die gleichen Fähigkeiten hat. Sie sendet Ultraschallpulse aus und erkennt anhand der reflektierten Signale blitzartig Hindernisse, denen sie ausweicht, oder Beuteobjekte, auf die sie sich gierig stürzt.

Vier Mikrofone und ein Summer

Die Drohne ist mit einem piezoelektrischen Summer ausgestattet, der im Zentrum des Flugobjekts montiert ist. Am Ende der vier Arme, die sich zwischen den vier Stegen mit den Antriebsmotoren befinden, sind sogenannte MEMS-Mikrofone installiert, die die Reflexe der Summgeräusche aufnehmen, die mit kurzen Unterbrechungen abgestrahlt werden. Daraus entwirft der an Bord befindliche Mikrocontroller ein Bild der Umgebung, sodass die Drohne ohne visuelle Kontrolle durch den dreidimensionalen Parcours fliegt.

Bei MEMS-Mikrofonen handelt es sich um miniaturisierte, in SMD-Technik ausgeführte Mikrofone zum direkten Einsatz auf elektronischen Platinen. Sie sind besonders kostengünstig, ebenso wie die übrigen Bauteile der Drohne. „Wir haben bewusst auf teure Messmikrofone und -lautsprecher verzichtet, um die Kosten der Drohne niedrig zu halten. Wenn ein starker Reflektor wie eine Wand in der Nähe ist, wird der Schall reflektiert und interagiert mit dem direkten Schall an jedem Mikrofon“, sagt EPFL-Entwicklerin Frederike Dümbgen

Genaue akustische Ortung

Je nach Entfernung und Frequenz, schwächen oder verstärken sich diese beiden Signale gegenseitig. Daraus ermittelt der Mikrocontroller die Entfernung des Hindernisses. Da es mehrere Mikrofone gibt, lässt sich auch der Winkel bestimmen, unter dem sich der Reflektor in Bezug auf die Drohne befindet. Dümbgen skizziert die Zukunft der Crazyflie so: „Wir Menschen verlassen uns verstärkt auf unsere Ohren, wenn es dunkel ist, und bei lauten Umgebungsgeräuschen auf unsere Augen. Ich glaube, dass wirklich intelligente Roboter diese Fähigkeit ebenfalls haben sollten.“

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