Eine Herausforderung für die Schwarmrobotik: Mit mehreren Drohnen gemeinsam ein Paket transportieren

Wann immer ein Paket, das schwerer ist als eine einzelne Drohne, in ein Katastrophengebiet transportiert werden muss, braucht es mehrere Mini-Drohnen, um diese Aufgabe zu bewältigen. Aamna Piracha forscht an dezentraler Formationskontrolle und kollaborativem Transport von hängenden Lasten mit mehreren Drohnen, die als gemeinsames System agieren. Ihr besonderes Interesse gilt Szenarien, in denen Drohnenschwärme sicher und autonom in unübersichtlichen und unvorhersehbaren Umgebungen manövrieren müssen – etwa durch eingestürzte Städte oder enge Straßen – während sie Rettungspakete tragen.

„Ich untersuche, wie mehrere Drohnen – in der Regel drei bis sechs – eine stabile Formation aufrechterhalten können, um gemeinsam eine hängende Last zu transportieren, und dabei kontinuierlich auf Veränderungen in ihrer Umgebung reagieren“, erklärt Aamna Piracha, Prä-Doc-Wissenschaftlerin am Institut für Vernetzte und Eingebettete Systeme in der Forschungsgruppe von Bernhard Rinner.

Sie erläutert die Anforderungen weiter: „Die Drohnen müssen in der Lage sein, ihre Positionen zueinander dynamisch anzupassen und ihre Form je nach räumlichen Gegebenheiten zu verändern.“ „Dabei ist es entscheidend, dass die Last stabil bleibt. Schon kleinste Abweichungen in der Position einer einzelnen Drohne können den gesamten Schwarm destabilisieren. Diese Anpassungen müssen in Echtzeit und ohne zentrale Steuerung erfolgen“, betont sie.

Zur Entwicklung solcher Systeme setzt Aamna Piracha auf Methoden der Künstlichen Intelligenz, insbesondere auf Multi-Agent Reinforcement Learning. Diese Lernmethode ermöglicht es jeder Drohne, aus Erfahrung zu lernen und ihre Navigation sowie Entscheidungsfindung in komplexen Umgebungen zu verbessern. Eine gut trainierte Strategie kann die kollaborative Entscheidungsfindung deutlich optimieren. In der Praxis bedeutet das: Jede Drohne erkennt eigenständig die Positionen der anderen, koordiniert eine optimale Formation und reagiert in Echtzeit.

Die Herausforderung sei enorm, so Aamna Piracha: „Frühere Forschungen haben Lösungen für offene Umgebungen geliefert. Doch reale Szenarien – etwa nach einem Erdbeben – beinhalten eingestürzte Gebäude, Trümmerfelder und enge Durchgänge. Unsere Drohnen müssen in der Lage sein, ihre Formation autonom neu zu konfigurieren, Hindernissen auszuweichen und die Last stabil zu halten – und das alles ohne menschliches Eingreifen.“

Aamna Piracha bringt sowohl wissenschaftliche Expertise als auch internationale Erfahrung mit. Sie wuchs in Islamabad, Pakistan, auf und absolvierte dort ihr Bachelorstudium in Elektrotechnik. Anschließend zog sie nach Südkorea, um ihren Master in Electrical and Computer Engineering an der Ajou University zu machen. Nach ihrem Abschluss war sie mehrere Jahre in Wissenschaft und öffentlichem Dienst in Pakistan tätig. Seit 2023 lebt und forscht sie in Österreich. „Die Forschungsgruppe bietet mir ideale Bedingungen – sowohl beruflich als auch für mein Familienleben“, erklärt sie. Aamna Piracha ist Mutter einer vierjährigen Tochter, die den Kindergarten im Lakeside Park besucht – direkt neben ihrem Büro.

Auf die Frage, wie sie die zukünftige Rolle von Drohnentechnologie in der Gesellschaft sieht, antwortet sie: „Drohnen werden überall dort eingesetzt, wo es möglich ist, denn sie werden immer agiler und können der Gesellschaft schneller dienen. Aber sie bringen auch Herausforderungen mit sich – etwa im Bereich Datenschutz, Lärmbelastung oder Sicherheitslücken.“ In Zukunft möchte sich Aamna Piracha mit beiden Seiten beschäftigen: den Chancen von Drohnenschwärmen – und dem Schutz vor möglichen Risiken.