Genau wie ein Adler kann dieses autonome Segelflugzeug auf thermischen Strömungen fliegen

Ein hochfliegender Adler mag majestätisch aussehen, aber technisch gesehen passiert dabei eine beeindruckende Physik „unter der Haube“. Insbesondere Adler und andere hochfliegende Vögel nutzen die aufsteigenden warmen Luftströme, die sogenannte Thermik, um leichter durch den Himmel segeln zu können. Was Wissenschaftler jedoch nicht wissen, ist, wie diese Vögel diese Thermik entdecken und navigieren. Es stellt sich heraus, dass künstliche Intelligenz helfen kann – und als zusätzlichen Bonus könnte sie Drohnen unterstützen.

„Das ist eine große Herausforderung, da es sehr schwierig ist, kontrollierte Experimente mit hochfliegenden Vögeln durchzuführen“, Jerome Wong-Ng und Gautam Reddy, zwei Forscher der University of California, San Diego, schrieben in einer E-Mail an Digital Trends. „Unser Ansatz bestand stattdessen darin, einem Lernagenten beizubringen, in einer realistischen Umgebung zu fliegen, und zu sehen, ob uns dies etwas darüber verrät, wie Vögel fliegen.“

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Dieser Unterricht wurde mithilfe einer Art maschinellen Lernens durchgeführt, das als Reinforcement Learning bezeichnet wird. Diese Art von K.I. erstellt K.I. Agenten, die Verhalten auf der Grundlage der Ergebnisse von Versuch-und-Irrtum-Experimenten lernen. In diesem Fall rüsteten die Forscher ein Segelflugzeug mit einem Flugcontroller aus, der in der Lage war, die auf Verstärkungslernen basierenden Anweisungen umzusetzen. Beim Aufstieg auf eine Höhe von fast 2.300 Fuß gelang es dem Segelflugzeug, autonom durch die atmosphärische Thermik zu navigieren.

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„Auf technischer Ebene wurde Reinforcement Learning noch nicht angewendet, um Agenten für das Lernen vor Ort zu schulen“, fuhren die Forscher fort. „In der Praxis ist die Anzahl der Trainingsbeispiele, die wir haben, sehr gering und wir müssen Wege finden, alle verfügbaren Trainingsdaten zu nutzen. Es gab auch technische Fortschritte bei der Messung der lokalen Windumgebung in der Nähe des Segelflugzeugs mithilfe von Bordgeräten.“

Im Hinblick auf praktische Anwendungen glauben die Forscher, dass ihre neue Navigationsstrategie zur Entwicklung flugfähiger unbemannter Luftfahrzeuge (UAVs) eingesetzt werden könnte längere Zeit, ohne dass ein Aufladen erforderlich ist. Darüber hinaus könnte es nützlich sein, ein „Empfehlungssystem“ im Autopilot-Stil für unerfahrene Segelflieger zu schaffen.

„In dieser Arbeit haben wir uns darauf konzentriert, wie man einen einzelnen Aufwind findet und navigiert“, sagten Wong-Ng und Reddy. „Aber Zugvögel gleiten von einer Thermik zur anderen, und wie man das effizient bewerkstelligen kann, ist ein Forschungszweig, den wir in Zukunft erforschen wollen. Eine weitere Forschungsrichtung besteht darin, hochfliegende Vögel zu verfolgen und herauszufinden, ob ihre Navigationsstrategie derjenigen ähnelt, die wir in unserer Studie gefunden haben.“

Neben der University of California, San Diego, waren auch andere Bildungseinrichtungen an dieser Forschung beteiligt das Salk Institute for Biological Studies und das Abdus Salam International Center for Theoretical Physics in Triest, Italien.

Ein Papier, das die Forschung beschreibt, war kürzlich in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.

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