Je dunkler das Objekt, desto schwieriger wird seine Erfassung mit zunehmender Entfernung. Doch die Pinguine in der Antarktis dürfen ihren schwarzen Frack anbehalten, wenn eine Drohne über ihnen schwebt und der integrierte Laserscanner sie erfasst. Für Forscher und Wissenschaftler, die Pinguinkolonien kartieren und zählen, um so dringend benötigte Informationen über die Auswirkung des globalen Klimawandels zu erlangen, ist die Kombination von Laserscanner und Flugrobotik eine höchst willkommene neue Technologie.
Der an die Drohne gekoppelte Lasermessscanner LD-MRS von SICK weist trotz seiner leichten Bauform einen sehr großen Arbeitsbereich von 300 Metern auf. Sogar bei schwarzen Objekten (10 Prozent Remission) beträgt die Reichweite noch 50 Meter. Das bedeutet, auch wenn der Pinguin der Drohne seinen schwarz befrackten Rücken zukehrt, wird er vom Scanner registriert. Der 3D-Lidar-Sensor erfasst seine Umgebung lückenlos und verringert dank des integrierten Objekt-Trackings die Zähldauer der Tiere auf der großen Populationsfläche von mehreren Wochen auf wenige Stunden.
Doch nicht nur die Wissenschaft ist an den vielfältigen Applikationsmöglichkeiten sehr interessiert. Die meisten der Mess- und Überwachungsaufgaben, die bisher den teuren Einsatz von Hubschraubern verlangten, kann die kostengünstigere UAV-Technik (Unmanned Aerial Vehicle) problemlos übernehmen. Pipelines, Stromtrassen, aber auch Windkraftparks, die im Zuge der Energiewende entstehen, lassen sich damit erfolgreich überwachen und warten. In der Forstwirtschaft kann beispielsweise die Überprüfung des Baumbestandes in Bezug auf Höhe, Abstände, Anzahl und Diversifikation durch die große Reichweite und hohe Auflösung der Messtechnik mit geringem Aufwand durchgeführt werden. Präzises 3D-Mapping zur Inventur von Schüttgut auf Kohle-, Erz- und Müllhalden wird genauso vereinfacht wie die Vermessung und Kartierung von Flüssen, Kanälen und Küstenabschnitten. In Kombination mit einer Multispektralkamera sammeln die intelligenten Messsensoren an Bord von UAVs alle notwendigen Daten, um etwa auf Bananenplantagen die Biomasse und den Düngerbedarf zu ermitteln.
Ursprünglich für den Automotive-Markt entwickelt, wurde der Mehrlagen-Laserscanner LD MRS zunächst für den industriellen Markt aufgerüstet. Die rauen Umgebungen in Häfen und im Tagebau waren optimale Einsatzgebiete, da der Laserscanner mit seiner Multi-Echotechnologie zuverlässig auch durch Staub und Regen scannen konnte. Aufgrund steigender Nachfrage aus dem Markt für Drohneneinsätze starteten wir die Weiterentwicklung zunächst mit dem Focus auf die Software. In Zusammenarbeit mit dem Robotics Innovation Center des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) wurde für den LD-MRS ein ROS-Treiber (Robot Operating System) erstellt, der eine einfache Integration des Scanners in Robotik-Applikationen ermöglicht.
Für die spezielle Verwendung in einem UAV besteht die Herausforderung jedoch in der drastischen Gewichtsreduzierung des Scanners. Deshalb wurde die Hardware des Gerätes unter Evaluierung geeigneter Materialen weiter optimiert, wobei die Robustheit eines Industrieproduktes beibehalten werden konnte. Mit einem Gewicht von aktuell 770 Gramm und der IP-Klasse 69K ist der LD-MRS zum einen der leichteste Scanner mit der höchsten Reichweite auf dem Markt, zum anderen ist er so robust, dass er auch nach dem Sturz in einen Sumpf seine Funktionstüchtigkeit beibehält.
Im Flugbetrieb erzeugt eine Drohne erhebliche Vibrationen, die zu signifikanten Messstörungen an einem integrierten Scanner führen können. Es gelang uns, die riskanten Resonanzen mit Hilfe von Simulationen und Daten aus verschiedensten Applikationen auszuschließen. Obwohl es sich um ein Industrieprodukt handelt, waren uns bei der Entwicklung auch Design und Anmutung wichtig. Angelehnt an die Prinzipien der Aerodynamik haben wir durch zahlreiche Anpassungen eine Punktlandung auf der Grenze zwischen Stabilität und Leichtigkeit erzielt. Der erfolgreiche Einsatz bei den Pinguinen der Antarktis zeigt, dass sich dieser Aufwand gelohnt hat.
