Vergangene Woche hat im niederländischen Delft die «European Micro Aerial Vehicle Conference and Flight Competition» (EMAV) stattgefunden. Neben wissenschaftlichen Vorträgen und Präsentationen war der Flugwettbewerb, bei dem die unbemannten Luftfahrzeuge in vier Disziplinen gegeneinander antraten, die Hauptattraktion der Veranstaltung. Da die einzelnen Disziplinen jeweils unterschiedliche Fähigkeiten von den Fluggeräten verlangten, konzentrierten sich die meisten Wettstreitenden auf nur eine Disziplin, so auch die beiden ETH-Teams. Die Mikrohelikopter aus Zürich setzten sich in der «Indoor Autonomy Mission» durch: Das Team PIXHAWK gewann knapp vor dem Team EMAVERICK und mit deutlichem Punktevorsprung vor den fünf übrigen Mitstreitern.

Aus einem gemeinsamen Projekt

Das Projekt EMAVERICK ist im Autonomous Systems Lab (ASL) des Departements für Maschinenbau und Verfahrenstechnik entstanden, unter der Leitung des Postdocs Davide Scaramuzza und mit Beteiligung zweier Doktoranden und vier Studenten. Im Gegensatz dazu ist PIXHAWK ein reines Studierendenprojekt: Unter der Leitung von Informatikstudent Lorenz Meier haben Master- und Bachelorstudenten der Informatik, der Elektrotechnik und des Maschinenbaus im Computer Vision and Geometry Lab (CVG) des Informatikdepartements gemeinsam am Siegerprojekt gearbeitet. Marc Pollefeys, Professor für Visual Computing und Leiter des CVG, sowie Dr. Friedrich Fraundorfer, Postdoc am CVG, standen ihnen beratend zur Seite.

Die beiden Projekte, die der ETH den Doppelsieg bescherten, sind zwar völlig unabhängig voneinander an zwei verschiedenen Departementen der ETH Zürich entwickelt worden. Die Idee entstand allerdings aus einer laufenden Kooperation: Beim internationalen Projekt sFly arbeiten das ASL und das CVG eng zusammen. «Es besteht deshalb auch ein reger Austausch zwischen den beiden Projektteams», betonen sowohl Roland Siegwart, Professor für Autonome Systeme und Leiter des ASL, als auch Marc Pollefeys.

Etwa ein halbes Jahr hat die Vorbereitungs- und Entwicklungszeit in Anspruch genommen, und für viele Involvierte entwickelte sich das Engagement schnell zu einem 100-Prozent-Job. In der Werkstatt des PIXHAWK-Teams stapeln sich denn auch Tage nach dem Wettbewerb noch immer Instant-Kaffee-Tüten und Fertigsuppen. Dass sich der 25-jährige Lorenz Meier derart engagieren konnte, ist nicht zuletzt seinem Excellence Scholarship zu verdanken. Mit diesen Stipendien werden talentierte Masterstudenten von Privatpersonen, Stiftungen und Unternehmen gefördert, um sich auf vielversprechende Forschungsprojekte konzentrieren zu können.

Anderer Ansatz, andere Stärke

Die «Indoor Autonomy Mission», bei der die Luftfahrzeuge in ein Haus navigieren und ein Bild an der Wand erkennen mussten, sei die anspruchsvollste und prestigeträchtigste Disziplin gewesen, meint Meier, «denn dort standen nicht Geschwindigkeit oder Ausdauer, sondern die autonome, GPS-unabhängige Navigation im Vordergrund». Während die vollautonome Navigation, wo das Luftfahrzeug unabhängig von einer Fernsteuerung seinen Weg sucht, im Wettbewerb die Paradedisziplin des Teams EMAVERICK war, punktete PIXHAWK vor allem mit der visuellen Objekterkennung.

Mit diesen technologischen Schwerpunkten unterscheiden sich auch die Bauweisen der beiden Flugobjekte. PIXHAWK waren die einzigen im Wettbewerbsfeld, die mit einem Koaxial-Hubschrauber antraten. Dieser hat zwei waagrechte Rotoren, die übereinander auf der gleichen Achse in jeweils entgegengesetzter Richtung drehen und somit den Schwung ausgleichen, was die Stabilität erhöht. Die anderen Teams setzten auf Quadrotor-Hubschrauber, die von vier nebeneinanderliegenden waagrechten Rotoren angetrieben werden. Der Koaxial-Hubschrauber hat zwei entscheidende Vorteile: «Erstens ist er mit 500 Gramm 20 bis 40 Prozent leichter als die Konkurrenz, und zweitens haben wir einen geringeren Gesamtdurchmesser, was positiv in die Bewertung mit einfloss», sagt Projektleiter Lorenz Meier.

Die beiden ETH-Teams trennten am Ende nicht viele Punkte voneinander. «Es war knapp», betont Meier. Die Rangliste des Wettbewerbs bestätigt, dass die ETH Zürich eine führende Rolle in den Gebieten der autonomen Navigation und des Visual Computing einnimmt.