03.04.2024 | Fabienne Frey | WSL News
Umwelt-Monitoring in Gebieten mit dichter Vegetation ist eine grosse Herausforderung für die Wissenschaft. Ein Team von Forschenden der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL, der ETH Zürich und der Universität Pisa hat eine Drohne entwickelt, die sich ihren Weg durch Geäst bahnen kann, so wie sich Tiere fortbewegen. Dies ist ein wichtiger Schritt, um die Artenvielfalt in abgelegenen Gebieten zu erfassen.
Drohnen nehmen Sträucher und Äste in der Regel als zu meidendes Hindernis wahr. Doch gerade inmitten dichter Vegetation gibt es wertvolle Daten für das Monitoring der Biodiversität. Deshalb experimentierten Forschende der WSL, der ETH Zürich und der Universität Pisa mit der Fähigkeit von Drohnen, an Ästen vorbeizukommen. Mit der Natur als Inspiration haben sie eine Drohne gebaut, die sich von Hindernissen wegdrücken und durch sie hindurchgleiten kann. «Unsere Arbeit leistet einen ersten Beitrag zum Monitoring von bisher unzugänglichen Gebieten», sagt Emanuele Aucone, Erstautor der in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlichten Studie.
Herausgefordert von flexiblen Hindernissen ¶
Umwelt-DNA, das genetische Material in Umweltproben, ist besonders wertvoll für das Biodiversitäts-Monitoring. Damit können alle Arten bestimmt werden, die in einer Probe vorhanden sind. Das Sammeln der Proben ist jedoch komplizierter im Wald als in offenen Gebieten. Das Team des Environmental Robotics Labs hatte in früheren Studien bereits Umwelt-DNA von einzelnen Ästen mit Drohnen gesammelt, konnte aber nicht weiter in die Baumkronen vordringen. Laut Aucone hinderte die Dichte der Vegetation die Drohne daran, weiterzukommen: «Flexible Hindernisse wie Äste sind eine besondere Herausforderung, weil sie die Drohne in Schwingungen versetzen. Daher mussten wir die Drohne spezifischer gestalten.»
Inspiriert von Kakerlaken ¶
Die Forschenden haben sich von Tieren inspirieren lassen. Wenn sich Tiere durch Vegetation fortbewegen, können sie den Kontakt am Körper spüren und darauf reagieren. Entsprechend statteten die Forschenden die Drohne mit der Fähigkeit aus, Kontakte mit der Umgebung am ganzen Körper zu erkennen. Um auf die Kontakte reagieren zu können, erhielt die Drohne ein haptisches Feedback. Das Design des Körpers war an Eigenschaften von Kakerlaken angelehnt: Die Drohne ist stromlinienförmig und besteht aus reibungsarmem Material. Experimente bestätigten, dass diese Eigenschaften der Drohne helfen, Hindernisse zu überwinden. Mit einem nicht stromlinienförmigen Körper oder einem Material mit hoher Reibung blieb die Drohne stecken (siehe Video 1). Ansonsten konnte sie Äste mit und ohne Blätter wegschieben und daran vorbeikommen (siehe Video 2).
Die Experimente wurden mit einzelnen Hindernissen durchgeführt. Der nächste Schritt der Forschenden ist die Entwicklung einer Drohne, die mehrere Objekte wahrnehmen kann. «Je weiter wir in den Wald vordringen, desto mehr Hindernisse trifft unsere Drohne gleichzeitig an. Um das Innere von Baumkronen zu erreichen, braucht die Drohne zusätzliche Körperfunktionen». Aucone sieht mögliche Anwendungen für eine solche Drohne über das Biodiversitätsmonitoring hinaus, zum Beispiel in der Präzisionslandwirtschaft oder bei Such- und Rettungseinsätzen.
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