Scharfe Sinne für industrielle Drohnen

Unmanned Aerial Vehicles (UAV) – umgangssprachlich Drohnen – sind im Kommen. Zwischen den militärischen Aufklärungs- und Kampfdrohnen und dem boomenden Markt für Spielzeug-Multicopter liegt ein breites Feld kommerzieller UAV-Anwendungen. Mitentscheidend für die Qualität und Einsatzmöglichkeiten dieser Drohnen: die eingebaute Sensorik und damit das Knowhow von Spezialisten.

UAVs sind ein attraktiver Wachstumsmarkt: Das Markforschungsunternehmen Gartner prognostiziert laut www.drohnen-journal.de, dass im Jahr 2017 weltweit über 3 Millionen Drohnen ausgeliefert werden. Der Umsatz mit UAVs soll bis dahin um 34 Prozent auf 6 Milliarden US-Dollar und bis 2020 sogar auf 11,2 Milliarden steigen. Die Marktforscher erwarten insbesondere bei der industriellen Inspektion (Öl, Gas, Energie, Infrastruktur, Verkehr) ein deutliches Wachstum. Dieser Bereich soll bis 2020 etwa 30 Prozent des kommerziellen Drohnenmarkts ausmachen. Dagegen werden Lieferdrohnen als beliebtes, vielbeachtetes Nachrichtenthema tagesaktueller Medien weiterhin nur ein Nischendasein fristen – die Markforscher erwarten hier einen Marktanteil von unter ein Prozent bis 2020.

Verschiedene Anforderungen
Wichtige Komponente in allen Drohnen: Sensoren. Erst eine entsprechende leistungsstarke Sensorik verschafft kommerzielle Drohnen die erforderlichen Flugeigenschaften. Hinzu kommen die Sensoren, die über die Einsatzmöglichkeiten der Fluggeräte entscheiden. Polizeiliche Fahndungsaktionen, Verkehrsüberwachung oder Vermisstensuche, Aufklärungsflüge im Katastrophenschutz, die Erfassung von Geoinformationen oder die Inspektion von Bauwerken und technischen Einrichtungen – verschiedene Aufgaben verlangen verschieden Sensoren oder besser Kombinationen von Sensoren.

Während im Markt für Hobby-Drohnen ein harter Preisdruck keinen Spielraum in der Auswahl von Kameras oder Bewegungssensoren erlaubt, ist die Sensorausstattung in den professionellen Zielmärkten wesentliches Differenzierungsmerkmal.

Folgende Sensorentypen kommen in Drohnen zum Einsatz:

• LIDAR (light detection and ranging) zur Kollisionsvermeidung, Navigation und als 3D-Scanner.
• Abstandsmesser zur Kollisionsvermeidung und Navigation.
• PIN-Diode als Bewegungsmelder
• Kameras zur Beobachtung, Datenerfassung, Navigation und Kollisionsvermeidung
• RADAR zur Kollisionsvermeidung und Navigation
• Inertialmesseinheit (inertial measurement unit, IMU) zur Navigation
• Druckmesser zur Datensammlung und Navigation
• GPS zur Positionsbestimmung

Schon die bloße Aufzählung zeigt, dass hier viele Spezialkenntnisse gefragt sind. Drohnenhersteller außerhalb der Rüstungskonzerne haben dies nur selten komplett im Hause. Wer diesen Wachstumsmarkt erobern will, setzt also meist auf Partnerschaften mit in Industrie und Aeronautik erfahrenen Sensorik-Spezialisten. Neben dem reinen Knowhow müssen die Partner weitere Fähigkeiten mitbringen. Hier sind Customizing-Fähigkeiten genauso gefragt wie die Fertigung nach industriellen Qualitätsstandards und die Möglichkeit auch kleine und mittlere Stückzahlen zu vernünftigen Preise und über einen längeren Zeitraum zuverlässig liefern zu können. Anforderungen an denen selbst große Sensorik-Hersteller oft scheitern, so dass mittelgroße Spezialisten für industrielle Sensorik wie beispielsweise First Sensor hier punkten können. Nachfolgend einige Beispiele dafür.

LIDAR
LIDAR- oder LADAR-Systeme (Light/Laser Detection And Ranging) bestimmen als optische Systeme maßgeblich die Einsatzmöglichkeiten kommerzieller Drohnen. Als Ersatz für die Radarsysteme großer Flugsysteme messen sie Abstand, Geschwindigkeit und teilweise atmosphärische Parameter. Wesentliche Komponente sind Avalanche-Fotodioden-Arrays (APD). Für Langstrecken-LIDAR-Systeme werden infrarotsensible SI-APDs eingesetzt. Für die Integration dieser Komponenten in die Systeme ist oft ein Customizing erforderlich – und der APD-Lieferant sollte Erfahrung aus dem Bereich der Luftfahrtindustrie mitbringen.

Kameras
Ein spannendes Thema sind Kameras. Hier gilt es zu unterscheiden zwischen der Echtzeitbilderfassung, die es dem fernsteuernden Bediener erlaubt im „Cockpit” der Drohne zu sitzen, Bilderfassung für die automatische Navigation und die optische Nutzdatenerfassung.

Hochwertige und zugleich robuste Kamerasysteme sind heute vielfach im Bereich der Fahrerassistenzsysteme in großer Zahl im Einsatz. Zulieferer der Automobilbranche wissen, wie man zuverlässige Systeme baut und vor allem auch wie ihre Eignung getestet werden muss. Entwicklungen und Trends aus dieser Branche können genutzt werden, um durch die Anpassung bewährter Standardsensoren schnell zu tragfähigen Lösungen zu kommen. Modulare Systeme bieten dabei die Flexibilität, verschiede Anforderungen in Bezug auf die Nutzdatenerfassung in Varianten eines UAV zu erfassen, wie Infrarot, verschiedene Auflösungen und Optiken.

Hier kann, wie auch bei der Sensorik für autonome Sicherheitssysteme, zudem mit lokaler Intelligenz gearbeitet werden. Die im Computer der Drohne zu verarbeitenden beziehungsweise an die Steuerung zu funkenden Datenmengen wird reduziert, indem kameranahe Subsysteme die Bilder auswerten. So wird beispielsweise nur das Ergebnis einer Mustererkennung weitergegeben und das Gesamtsystem nicht mit der Übertragung unnötiger Bildinformationen belastet.

Entwicklungspartner gesucht
Kommerzielle Drohnen mit Beobachtungs- und Analysefunktionen sind ein Wachstumsmarkt, in dem anders als im Hobby-Bereich nicht primär der Preis entscheidet. Wer sich hier als Drohnenhersteller differenzieren will, muss gegenüber dem Wettbewerb entsprechende Pluspunkte bei Funktionalität und Zuverlässigkeit sammeln. Die Qualität der „Sinneswahrnehmungen” eines UAV ist es, die den sicheren Flug ermöglichen sowie den Einsatz und seine Kosten rechtfertigen.

Hersteller können hierbei ihre Time-to-Market verkürzen, wenn sie sich Sensor-Lieferanten suchen, die zugleich Entwicklungspartner sind. Ein Partner, der Erfahrungen aus anspruchsvollen Branchen wie Aerospace und Automotive mit ihren hohen Standards in den Qualitäts- und Funktionstests mitbringt, kann hier eher im Sinne einer integrierten abgestimmten Sensorik beitragen, als ein bloßer Komponentenlieferant. Zudem ist es für einen Hersteller kommerzieller und unter Umständen höchst spezialisierter UAVs aufgrund der geringeren Stückzahlen wichtig, einen Partner auf Augenhöhe zu haben, der die nötige Lieferflexibilität bietet.