An der Technischen Universität Delft rasten in den letzten Monaten oft Drohen durch einen Hindernisparcours. Allerdings nicht zur Erholung der Studierenden. Die Esa testete hier künstliche neuronale Netzwerke. Diese sollen später in der Raumfahrt zum Einsatz kommen, um autonome Manöver von Raumschiffen zu ermöglichen.

Die Ergebnisse dieser Tests hat ein Forschungsteam aus dem Advanced Concept Team der europäischen Raumfahrtbehörde und Micro Air Vehicle Laboratory der TU Delft in einem Aufsatz zusammengefasst, der in der Zeitschrift Science Robotics erschienen ist.

Bisher läuft es in der Raumfahrt so ab: Die Manöver der extraterrestrischen Fluggeräte werden auf der Erde geplant. Dann werden die Pläne auf das Raumschiff übertragen. Dort findet dann nur die Kontrolle statt.

Doch im Weltall kann es immer Abweichungen vom auf der Erde geplanten Kurs geben – etwa durch Schwankungen der Schwerkraft oder atmosphärischen Turbulenzen. Manchmal entpuppt sich die Form planetarischer Körper auch anders als angenommen. Dann muss das Kontrollsystem an Bord den Kurs mühsam korrigieren.

Die Korrektur mit Bordmitteln kostet derzeit viel Zeit, Energie und andere wertvolle Ressourcen. Dies will die Esa in Zukunft ändern, indem sie Raumschiffe mit künstlich intelligenter, von neuronalen Netzwerken angetriebener Steuerung ausstattet. Anstatt sich an einen einmal festgelegten Kurs zu halten, soll das Raumfahrzeug seine aktuelle Position erkennen und davon ausgehend die ideale Route ständig neu berechnen.

In Computersimulationen haben laut der Esa neuronale Netze, die aus miteinander verknüpften Neuronen bestehen und den Aufbau von Tiergehirnen nachahmen, schon gute Leistungen erbracht.

Doch wie soll man die Simulationen in die reale Welt überführen? An dieser Stelle kamen die Drohnenrennen ins Spiel. „Es gibt viele Synergien zwischen Drohnen und Raumfahrzeugen, obwohl die Dynamik beim Drohnenflug viel schneller und heftiger ist“, zitierte die Esa Dario Izzo, den Koordinator ihres Advanced Concept Team. Die Rechenkapazitäten seien bei beiden Gefährten begrenzt.

Bei Drohnenrennen geht es anders als bei Landemanövern von Raumschiffen primär um Schnelligkeit. Der Faktor Zeit diente dem Forschungsteam aber als Ersatz für Variablen, die bei Weltraummanövern auftreten können, etwa die Treibstoffmenge.

Als Sparringspartner diente den von neuronalen Netzwerken angetriebenen Drohnen von Hand gesteuerte Quadrocopter. An ihnen sollen sich die KI-Drohnen orientieren, beziehungsweise ihnen ausweichen.

„Die größte Herausforderung, die wir bei der Anwendung von Netzen auf Drohnen bewältigt haben, ist die Diskrepanz zwischen dem Antrieb in der Simulation und in der Realität“, sagte laut Esa Christophe De Wagter, Forschungsleiter an der TU Delft.

Diese Lücke erfassten die Sensoren der Drohnen im Flug und meldeten sie in Echtzeit dem neuronalen Netzwerk. Die  künstlich intelligente Drohne merkt etwa, wenn ein Propeller weniger Schub gibt als erwartet. Das Netz generiert dann einen neuen Befehl, um das Gerät optimal durch den Parcours zu steuern.