Verschiedene Drohnenarten

Flug-Drohnen sind unter dem Sammelbegriff Unmanned Arial Vehicle oder kurz UAV zu subsumieren. Auf Deutsch Unbemannte Luft-Fahrzeuge. Denn gesteuert werden die fliegenden Wundermaschinen vom Boden aus oder über fest eingebene Programme per Wegpunkte-Navigation oder GPS-Routen. In der Formgebung erinnern die meisten Drohnen an Tarnkappenbomber oder Minihubschrauber. Generell sind derzeit zwei verschiedene Varianten über den Schlägen der Landwirte im Einsatz. Multikopter und Nurflügeler.

Drohnen kennt man als militärische und zivile Flug-Geräte. Bei den militärischen gibt es reine Aufklärungsdrohnen, Kampfdrohnen und Mischformen. Bekannt sind vor allem die von den USA zur Terrorismusbekämpfung in Afghanistan und Pakistan eingesetzten Angriffswaffen Reaper und Predator. Überwiegend als Kameradrohnen für Foto- und Videoaufnahmen, zum Freizeitvergnügen und in der Zukunft vielleicht auch als Transportmittel werden unbemannten Flugobjekte im zivilen Bereich eingesetzt.

Wie fliegt eine Multikopter Drohne

Moderne Drohnen nutzen die selben Technologien, wie Smartphones. Im Inneren dieser Wunderwerke befinden sich Sensoren, Prozessoren und Software. Eingebaute Höhenmesser, Bewegungssensoren, Gyroskope und GPS-Empfänger ermöglichen den Geräten selbständig zu fliegen. Ein Gyroskop bestimmt die Position durch eine 3-Achsen-Messung im Raum. In Verbindung mit herkömmlichen Bewegungssensoren (ebenfalls 3 Achsen), wie sie mittlerweile in fast jedem Smartphone zu finden sind, ergibt sich nun eine 6-Achsen-Messung. Mit einem Gyroskop ist nicht mehr nur die Neigung oder die Beschleunigung von Geräten messbar, es lässt sich auch die Rotation um die eigene Achse erfassen. Diese Bewegungsbestimmung und Steuerung erfolgt über einen leistungsfähigen Prozessor in der Drohne. 600 Mal pro Sekunde berechnet dieser die Position und Lage im Raum und steuert damit den Flug der Drohne. Dies macht einen Einsatz von Multikoptern in den Händen von Anfängern erst möglich. Wer schon einmal ein ferngesteuertes Flugzeug oder einen Hubschrauber geflogen hat, der weiß wovon ich spreche.

In dem folgenden Video wird sehr schön (in Englisch) erklärt, wie eine Drohne selbständig steuert und fliegt.

Auf Deutsch übersetzt:
Sobald die vier Rotoren gleichmäßig laufen steigt der Multikopter auf. Hat er seine Zielhöhe erreicht wird die Drehzahl aller Rotoren gedrosselt, bis das Gerät in der Luft steht. Um vorwärts zu fliegen, wird bei den beiden Rotoren entgegen der Flugrichtung die Drehzahl erhöht. Das Fluggerät neigt sich in Flugrichtung (kippt) und wird von allen vier Rotoren gezogen. Das kann man sehr schön an diesem Bild von Landwirt Brian Scott sehen. Zu erkennen sind die beiden Rotoren in Flugrichtung. Diese sieht man nur dann im Bild der Kamera, wenn sich die Drohne stark im Querflug neigt.

Durch unterschiedliche Geschwindigkeiten der gegenüberliegenden Rotoren kann man das Fluggerät um die eigene Achse drehen. (Kameraschwenk) Moderne Multikopter sind inzwischen mit so hoher Intelligenz und Rechenleistung ausgestattet, das sie auch von blutigen Anfängern geflogen werden können. Sobald man die Steuerung los lässt, verweilt die Drohne im Schwebeflug. Bei Abriss der Funkverbindung zum Steuergerät kehren die Flugkünstler selbständig an den Startort zurück. Die Geräte merken wenn die Batterie zur Neige geht und landen dann bevor es zum batteriebedingten Totalausfall der Rotoren kommt. Dies alles sind sinnvolle Funktionen um Anfängern den Umgang mit den Geräten zu erleichtern und die teueren Geräte maximal vor Totalschäden zu schützen.

In Japan wurde vom Verteidigungsministerium eine Kugeldrohne entwickelt, die durch ihre Bauart auch innerhalb von Gebäuden fliegen kann. Der Propeller liegt geschützt in der Kugel-Konstruktion. Mit der eingebauten Kamera und einer direkten Übertragung der Bilder an den Piloten (First Person View / FPV) kann diese unbemannte Flugkörper ohne Probleme Gebäude nach Überlebenden durchsuchen, oder Gaslecks aufspüren. Militärische Einsätze lassen sich damit sicher auch fliegen. Wenn diese Kugeldrohne mit den oben erwähnten Ausfallprogrammen ausgerüstet auch noch schwimmfähig und wasserdicht ist, kann man damit eigentlich nichts mehr falsch machen.

Japanische Kugeldrohne

Medienrummel um Paketauslieferung durch Drohnen

Schon länger interessiere ich mich für die fliegenden Alleskönner. Speziell der Einsatz in der Landwirtschaft könnte so manches Problem besser als bisher lösen. Durch die Prime Air Story hat es Jeff Bezos von Amazon geschafft, den fliegenden Helferlein eine hohe mediale Aufmerksamkeit zu kommen zu lassen.

Die Deutsche Post und DHL sind ein paar Tage danach mit der selben „Luftnummer“ wie Amazon aufgetreten.

Nicht vergessen darf man den Einsatz der fliegenden Kameras im zivilen Bereich. Viele moderne Filmemacher nutzen die genialen Perspektiven, die mit solchen Fluggeräten und verwacklungssicher aufgehängten Kameras zu erzielen sind.

Drohnen in der Landwirtschaft

Den größten Markt für UAV’s sehen viele Fachleute in der Landwirtschaft. Dort werden die Flugkünstler bereits zur Überwachung von Feldern eingesetzt. Mit Hilfe von Infrarot-Aufnahmen können die Landwirte feststellen, wo kranke Pflanzenbestände sind. Gesunde Pflanzen reflektieren die Infrarotstrahlung, während kranke Pflanzen dies nicht tun. Damit werden bei Infrarotaufnahmen kranke Bestände schon sichtbar, bevor die Blätter welken. Der Landwirt kann dann schon frühzeitig Gegenmaßnahmen ergreifen.

Französische Nurflügel-Drohne mit Infrarot-Kamera

Viele Landwirte experimentieren mit Multikoptern. Der US-Amerikanische Landwirt Brian Scott berichtet auf seinem Blog über seine ersten Flugversuche mit seinem DJI Phantom 2 Quadkopter. Er wird dabei durch Chad Colby von John Deere unterstützt. Colby bildet Landwirte in Illinois in der landwirtschaftlichen Nutzung von Flugdrohnen aus. In den USA ist das aufgrund der gesetzlichen Lage derzeit noch problematisch. Die ferngesteuerten Fluggeräte dürfen als Freizeit-Vergnügen geflogen werden. Kommerzielle Flüge sind aber noch verboten.

Laut einer Studie sollen Drohnen in den USA über 100.000 Arbeitsplätze schaffen. 70.000 davon sollen aus der Landwirtschaft generiert werden.

Einsatzszenarien in der Landwirtschaft

Am Anfang werden Standard-Drohnen den Landwirten helfen große Schläge regelmäßig von oben zu befliegen. Dazu reicht eine Kamera am Fluggerät. Aber in der Zukunft sollen die intelligenten Flugobjekte noch weitere Aufgaben übernehmen. Von der Bestäubung im Frühjahr, bis zur Ernte, wo eifrige Multikopter gierige Vögel vertreiben, finden sich zahllose Einsätze. Die aus der Luft mit der Infrarot-Kamera festgestellten Pflanzenschäden können von oben gezielt mit passenden Pflanzenschutz-Mitteln punktuell und umweltfreundlich per Drohne behandelt werden. In Japan werden schon vermehrt spezielle ferngesteuerte Hubschrauber für die Saat von Reis und die Ausbringung von Pflanzenschutzmitteln eingesetzt.

Japanische Hubschrauberdrohne im Einsatz

Die vom ehemaligen Wired Chefredakteur Chris Anderson gegründete Firma 3D Robotics baut auch Drohnen für Landwirte. Chris Anderson kümmert sich inzwischen als CEO um die Drohnenfirma und ist bei Wired ausgestiegen.

Drohnen von 3D Robotics im Weinberg  

Brian Scott, Farmer in Illinois schreibt auf seinem Blog:

Es gibt viele Einsatzmöglichkeiten für Unbemannte Flugobjekte in der Landwirtschaft. Auf unserem Hof wird es die Überwachung der Pflanzen während der Wachstums Phase sein. Es ist schwer den Blick aus der Luft zu überbieten, denn ich habe eine buchstäblich bessere Übersicht  über meine Felder. Beim Begehen der Felder auf der Suche nach Unkraut, Schädlingen oder Krankheiten kann ich vom Boden aus nur sehr wenig sehen. Über dem Mais und den Sojabohnen zu schweben gibt mir die Möglichkeit, das Ausmaß von Problemen viel schneller und besser zu erkennen. Das hilft mir damit besser umzugehen und bessere Entscheidungen zu treffen.

Links zu weiteren Informationen zum Thema:

http://eatocracy.cnn.com/2013/12/10/drones-drones-on-the-range/

http://farmindustrynews.com/precision-farming/spectrum-unmanned-aerial-vehicles-agriculture#slide-3-field_images-66622

http://www.crossimplement.com/upload/files/resources/john_deere_literature_rack/John%20Deere%20Farmsite%20Literature.pdf

http://3drobotics.com/landing-product/

http://3drobotics.com/2013/10/3d-robotics-drone-helps-farmers-with-precision-agriculture/

http://tacocopter.com/

http://robohub.org/tag/drones-for-agriculture/

http://motherboard.vice.com/blog/drones-will-revolutionize-farming-first-not-delivery

http://www.bizjournals.com/wichita/blog/2013/12/ageagle-in-neodesha-wants-to-be-the.html?page=all

http://www.bizjournals.com/wichita/blog/2013/12/ageagle-in-neodesha-wants-to-be-the.html?page=all

http://www.futuristspeaker.com/2013/08/agriculture-the-new-game-of-drones/

http://farmingdrones.com/

http://www.forbes.com/sites/rakeshsharma/2013/11/26/growing-the-use-of-drones-in-agriculture/

http://aerialfarmer.blogspot.de/

http://www.foxnews.com/us/2013/12/14/agriculture-most-promising-market-for-drones/

http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0077151#abstract0

http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=1454102