Sieben vielversprechende Einsatzgebiete von Drohnen

23. Januar 2020

Über eine halbe Million Drohnen sind bereits in Deutschland unterwegs – die meisten davon für private Zwecke. Aber auch die Zahl professionell verwendeter Drohnen wächst rapide und soll laut Prognosen hierzulande bis 2021 auf 42.000 klettern. Dabei erfreuen sich die unbemannten Flugobjekte nicht nur bei Fotografen oder Filmemachern steigender Beliebtheit: Auch Feuerwehrleute, Landwirte oder Archäologen lassen sich zunehmend aus der Luft bei der Arbeit unterstützen.

Feuerwehrleute arbeiten gefährlich. Um sich am Einsatzort einen besseren Überblick zu verschaffen, fordern die Brandretter mittler­weile auch Luft­unter­stützung an. Mit Wärme­bild­kameras ausgerüstete Drohnen machen Brand­herde aus­findig und sorgen an gefährlichen oder unzugänglichen Orten für Aufklärung, ohne dass ein Mensch dabei sein Leben riskieren muss. Mit ihren Infra­rot­kameras können die unbemannten Flug­objekte außer­dem bei der Personen­suche helfen. So spüren sie beispiels­weise Unfall­opfer auf, die aus ihrem Fahr­zeug geschleudert wurden und die im Dunkeln oder versteckt im Unter­holz sonst zu spät entdeckt werden würden. Autonome Drohnen­schwärme sollen darüber hinaus die Ausbreitung giftiger Gase nach Bränden oder Unfällen messen, um die Bevölkerung künftig besser schützen zu können – ein Verfahren, das die Feuerwehr Dortmund im Rahmen des Forschungs­projekts „AirShield“ des Bundes­bildungs­ministeriums erprobt hat. Um den Einsatz­kräften die Luft­unter­stützung zu erleichtern, gelten für sie besondere Regeln in der Drohnen­verordnung: Sie müssen den Einsatz der Flug­maschinen nicht vorher anmelden und dürfen Drohnen bis fünf Kilo auch außer Sicht­weite fliegen, etwa um den Bereich hinter einer Rauch­säule zu erkunden. Dabei ist das Über­fliegen von Einsatz­stellen durch Dritte verboten. Für professionelle oder private Gaffer ist der Luft­raum über einem Unfall also tabu.

Vergangene Kulturen haben ihre Siedlungen, Häuser oder Grabstätten häufig an Orten errichtet, die heute schwer zu erreichen sind. Drohnen gelten hier als preiswerte und praktische Alternative zu Satelliten­bildern und Helikopter­flügen. Mit ihnen kann man sich aus der Vogel­perspektive einen Überblick über eine Aus­grabungs­stätte verschaffen. Im russischen Altai-Gebirge erstellten Archäologen anhand von Drohnen­auf­nahmen 3-D-Karten, über die sich die Größe der dortigen Grab­hügel ermitteln ließ. Im US-Bundes­staat New Mexico halfen die Flug­maschinen den Forschern bei der Ausgrabung einer Stadt der Pueblo-Indianer. Mit ihren Infra­rot­kameras lokalisierten sie im Erd­boden verborgene Mauern und gaben den Wissenschaftlern so wichtige Hinweise, wo sie ihre Spaten als Nächstes ansetzen mussten. Forscher aus Berlin und Dresden erstellten mit ihrem Archaeocopter 3-D-Karten von Karakorum, der einstigen Haupt­stadt des mongolischen Reiches, von Tempel­anlagen der Huasteken in Mexiko und vom Mausoleum König Jubas II. in Algerien. Dabei suchen die Archäologen nicht nur aus der Luft nach den Spuren vergangener Kulturen: Mit selbst entwickelten Unter­wasser­drohnen überprüfen sie beispiels­weise, wie stark der Zahn der Zeit an den jung­stein­zeitlichen Pfahlbauten im österreichischen Mondsee genagt hat – damit auf Basis dieser Befunde das Welt­kultur­erbe besser für die Zukunft erhalten werden kann.

Auch über Feldern und Wiesen ziehen Drohnen bereits ihre Kreise: Sie erfassen den Gesund­heits­zustand von Pflanzen, orten mit Infra­rot­kameras vor dem Mähen Rehkitze im Feld oder entdecken Unkraut­nester von oben. Zudem bekämpfen sie Schädlinge wie den Mais­zünsler auf biologische Art: Die Landes­anstalt für Land­wirtschaft und Garten­bau Sachsen-Anhalt lässt im Rahmen eines Pilot­projekts die Larven der Trichogramma-Schlupf­wespe per Drohne auf die Eier des kleinen Schmetterlings herab­regnen, um dem Mais­schädling auf natürliche Weise den Garaus zu machen. Die land­wirtschaftliche Versicherung Vereinigte Hagel lässt ebenfalls unbemannte Flug­objekte über Mais­feldern aufsteigen. Sie helfen dabei, Unwetter­schäden aus der Luft fest­zu­stellen, was sich zu Fuß zwischen den manns­hohen Pflanzen oft schwierig gestaltet. Mit Multi­spektral­kameras ausgestattete Drohnen bestimmen wiederum das Pflanzen­wachstum und damit den Stick­stoff­bedarf im Acker. So können Land­wirte punktuell genau dort düngen, wo es nötig ist. Das schont den Geld­beutel ebenso wie die Umwelt.

Was der sprechende Kühlschrank für das Internet der Dinge, ist die Paketdrohne für die „Unmanned Aerial Systems“, also den unbemannten Flug­verkehr: ein erstes, handfestes Beispiel für den konkreten Nutzen der neuen Technologie. Im Dezember 2013 versprach Amazon-Chef Jeff Bezos, dass in vier bis fünf Jahren Kunden ihre Bestellung per Drohne geliefert bekommen. Doch bis heute ist „Prime Air“ nicht über Test­flüge hinaus­gekommen. Regulatorische Hürden und technische Probleme hatten die hochfliegenden Pläne ausgebremst. Zumindest Letztere will der Online-Riese nun bewältigt haben. Mitte 2019 wurde eine neue Drohne vorgestellt, die gut 24 Kilometer weit fliegen und bis zu 2,3 Kilogramm schwere Pakete innerhalb von 30 Minuten zustellen soll. In den nächsten Monaten will Amazon seinen Drohnen-Liefer­dienst dann endlich starten. Google-Mutter­konzern Alphabet ist bereits einen Schritt weiter. Nach jahre­langen Tests liefert Alphabet seit April 2019 im australischen Canberra regulär Waren per Drohne aus. Mit einer Genehmigung der US-Luft­fahrt­behörde FAA hat das Tochter­unter­nehmen Wing im Oktober vergangenen Jahres auch in Christians­burg, Virginia, einen Feld­versuch gestartet. Kunden des Trans­port­dienst­leisters FedEx, einer Drogerie­kette und eines lokalen Süß­waren­ladens können sich seither aus der Luft beliefern lassen – mit Päckchen bis 1,5 Kilo­gramm. Gesteuert werden die Geräte dabei von mehreren Piloten am Boden.

Auch Post-Tochter DHL experimentiert seit Jahren mit der Lieferung aus der Luft. Im Herbst 2014 flog eine DHL-Drohne erstmals Medikamente und Eilgüter versuchs­weise auf die Nord­see­insel Juist. Seitdem testet der Zusteller die Technologie auch im Alpenort Reit im Winkl und am Victoriasee in Afrika. Im Mai 2019 wurde die erste inner­städtische Route in China in Betrieb genommen. Zweimal täglich transportieren unbemannte Flug­maschinen in der Stadt Dongguan bis zu fünf Kilo­gramm schwere Kisten mit Express­sendungen über eine acht Kilometer weite Strecke zwischen zwei Pack­stationen – und zwar ohne dass sie von jemandem gesteuert werden. Statt mit einem Lieferwagen 40 Minuten durch den Stadtverkehr gefahren zu werden, sollen die Express­lieferungen so in acht Minuten ihr Ziel erreichen. Künftig will DHL die Luftpost auch in anderen chinesischen Städten anbieten. In Europa ist dagegen kein regulärer Liefer­betrieb geplant. Drohnen seien bis auf Weiteres „ein reines Forschungs­projekt“, so eine Unter­nehmens­sprecherin. Die Regeln für den Drohnen­einsatz sind streng. Bei Wind und Wetter müssten sie noch oft am Boden bleiben, und für den Massen­versand seien sie ohnehin nicht geeignet, ist man sich in der deutschen Logistik­branche einig. Daher konzentriere man sich bei DHL auf Spezial­anwendungen wie Medikamenten­transporte in Afrika.

In Afrika liefert das kalifornische Start-up Zipline Medikamente und Blut­konserven bereits seit 2016 aus der Luft. Mittler­weile wurden nach eigenen Angaben mit den autonomen Drohnen über 27.000 lebens­rettende Hilfs­pakete abgeworfen. Die meisten davon in Ruanda, wo abgelegene Kranken­häuser mit Spender­blut versorgt werden. Die Drohnen sind dabei mit 100 Stunden­kilo­metern unterwegs und stellen ihre Blut­beutel in einem Radius von 80 Kilo­metern innerhalb von 45 Minuten zu. Autos oder Motor­räder wären auf dem schlecht ausgebauten Straßen­netz deutlich länger unter­wegs. Die selbst entwickelten Drohnen erinnern dabei eher an große Modell­flug­zeuge. Die bekannten Quadrocopter wären aller­dings schlicht zu langsam und könnten durch ihren hohen Energie­verbrauch nur weitaus kürzere Strecken fliegen. Um den Betrieb so effizient wie möglich zu machen, werden die Zipline-Drohnen von einer Rampe in die Luft katapultiert, werfen ihre Pakete mit einem Fallschirm am Zielort ab, werden am Logistik­zentrum dann per Fang­seil wieder aus der Luft gefischt und anschließend mit frischen Akkus ausgestattet. Seit 2019 liefert Zipline zudem in Ghana Impfstoffe, Blut und Medikamente aus drei Logistik­zentren aus – fünf sollen es einmal werden. In diesem Jahr will das Unter­nehmen, an dem mittler­weile auch U2-Sänger Bono beteiligt ist, in Indien und auf den Philippinen starten. In einem Pilot­projekt im US-Bundes­staat North Carolina soll darüber hinaus ermittelt werden, ob und wie autonom operierende Drohnen über Ballungs­räumen in die Luft­raum­über­wachung integriert werden können, damit sie auf ihren Liefer­flügen weder andere Luft­fahr­zeuge noch Menschen am Boden gefährden.

Besonders bei Inspektionen erfreuen sich Drohnen wachsender Beliebtheit. Schließlich mussten menschliche Prüfer bei ihrer Arbeit bislang oft gefährlich hoch hinaus oder konnten die letzten Winkel einer Anlage nur unter hohem Zeit­aufwand unter die Lupe nehmen. TÜV NORD verwendet unbemannte Flugobjekte beispielsweise um Bahninfrastruktur zu überwachen. Die Drohnen fliegen dabei über Gleise, Brücken und Bauwerke, erfassen mit ihren HD- und Infrarotkameras Veränderungen und Schäden, die dann von den menschlichen Experten ausgewertet werden. Im EU-geförderten Forschungs­projekt „Aeroarms“ entwickeln die Sicher­heits­fach­leute vom TÜV NORD gemeinsam mit der Universität Sevilla und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raum­fahrt ein komplexes Inspektions­system. Herzstück sind Drohnen, die über Roboter­arme verfügen und einen mit Sensoren ausgestatteten Prüf­crawler zum Beispiel auf den Rohr­leitungen einer Raffinerie aufsetzen. Dieser Crawler untersucht die Leitungen dann auf Verschleiß oder Schäden. Bislang brauchte es dafür zeitaufwendige Arbeits­schutz­maß­nahmen und komplizierte Gerüste, damit menschliche Inspektoren die Rohre über­haupt erreichen konnten.

Nirgendwo auf der Welt werden mehr Menschen durch Minen getötet, verletzt oder verstümmelt als in Afghanistan. Das Tückische an den Schmetterlings­minen, die die sowjetische Armee in den 1980er-Jahren dort millionen­fach abgeworfen hat: Aufgrund ihrer Form und ihrer farbigen Lackierung halten Kinder sie häufig für Spielzeug. Und weil sie über­wiegend aus Kunst­stoffen bestehen, können sie mit Metall­detektoren kaum entdeckt werden. Hier sollen Drohnen mit Infra­rot­kameras Abhilfe schaffen, so die Idee US-amerikanischer Forscher. Flüssig­spreng­stoffe heizen sich schneller auf als die Umgebung und kühlen abends langsamer ab. Deshalb können die Wärme­bild­kameras der Drohnen sie als „thermale Anomalie“ erfassen. In der Pilot­phase werden die Bilder händisch von den Forschern ausgewertet. Künftig soll der Prozess aber mit Algorithmen automatisiert werden. Klassische Landminen will der in Afghanistan geborene Ingenieur und Designer Massoud Hassani mit der selbst entwickelten Mine-Kafon-Drohne entschärfen. Zunächst erstellt eine Drohne dazu eine 3-D-Karte der Umgebung. Danach fliegt eine weitere Flug­maschine auf Basis der Daten über das Areal und spürt mit ihren diversen Sensoren Minen auf, um sie mittels eines Detonators in die Luft zu sprengen. Dieses Verfahren soll sicherer und günstiger sein als herkömmliche Methoden – und die Welt so erheblich schneller von Aber­millionen noch verborgener Minen befreien.