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Junge Forschung

Wenn Drohnen flügge werden

Jan Steinbreners KI-Algorithmen bringen Drohnen dazu, ihre motorischen Fähigkeiten selbstständig zu ergründen und zu erweitern.
Jan Steinbreners KI-Algorithmen bringen Drohnen dazu, ihre motorischen Fähigkeiten selbstständig zu ergründen und zu erweitern.Karlheinz Fessl
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Der Physiker Jan Steinbrener setzt künstliche Intelligenz zur Lokalisation und Steuerung von Robotersystemen ein. Jetzt will er Drohnen beibringen, eigenständig fliegen zu lernen.

Für künstliche-Intelligenz-Forscher sind Drohnen eine perfekte Spielwiese“, sagt Jan Steinbrener. Besonders wenn man sie, wie er, dazu bringen möchte, Flugbewegungen selbstständig zu erlernen. Ohne kontinuierliche Steuereingaben lassen sie sich nämlich nicht stabil in der Luft halten. Sie stürzen einfach ab, wenn man sie nicht ständig aktiv fliegt, was auch ein Risiko für ihre Hardware ist. Steinbrener will sie trotzdem flügge machen und außerdem ihre diversen Übungsschritte live testen. Der promovierte Physiker ist Postdoc-Assistent am Institut für Intelligente Systemtechnologien der Alpen-Adria-Universität Klagenfurt und entwickelt dafür neuartige, auf künstlicher Intelligenz (KI) basierende Algorithmen.

„Es ist scheinbar unmöglich“, schmunzelt er, angesprochen auf seinen kühnen Plan. „Die Rechenressourcen einer Drohne sind ja noch dazu begrenzt, da Gewicht und Stromverbrauch die Flugzeit reduzieren.“ Nichtsdestotrotz ist er von seinem Vorhaben überzeugt. Unterstützt wird es vom 1000-Ideen-Programm des Wissenschaftsfonds FWF, das gezielt auf Hochrisikoprojekte mit hoher Innovationskraft ausgerichtet ist. „Ich glaube, dass es mit unserem Ansatz gelingen wird, einer Drohne beizubringen, komplexe und schnelle Manöver zu fliegen, und zwar mit größerer Präzision und höherer Beweglichkeit als bisher. Und dass sie das erlernte Wissen dann auf neue, noch unbekannte Flugbewegungen ausdehnen kann.“

Vorbild ist dabei die Entwicklung der menschlichen Motorik. „Angefangen bei einfachen Aufgaben soll die Drohne Ursache und Wirkung ihrer Motorsteuerung verstehen lernen und schrittweise Erfahrung aufbauen, so dass nach einiger Zeit auch anspruchsvollere Bewegungsabläufe möglich sein werden.“

Seit dem Vorjahr beschäftigt sich der gebürtige Bayer an der Uni Klagenfurt mit der Lokalisation und Steuerung von Robotersystemen mittels künstlicher Intelligenz. Davor hat er sich mit verschiedenen wissenschaftlichen Bereichen auseinandergesetzt. „Ursprünglich wollte ich Arzt werden“, erzählt er. „Nach Zivildiensterfahrungen in einem Spital bin ich aber doch lieber in die Fußstapfen meines Vaters getreten, der ebenfalls promovierter Physiker ist.“ Die Affinität zu Medizin und Biologie habe er dennoch nie verloren. Nach einem Studienaufenthalt blieb er in den USA hängen, dissertierte an der Stony Brook University im Staat New York zu Röntgenmikroskopen für die Biologie und heiratete eine US-Amerikanerin.

Das sei eine prägende Zeit gewesen. „Mein Doktorvater hat mir gezeigt, wie spannend und gesellschaftlich wichtig Forschung ist und dass auch einem erfolgreichen Wissenschaftler Freiraum für Familie und Hobbys bleiben kann.“ Mittlerweile selbst zweifacher Vater, ist Steinbrener nach Jahren angewandter Forschung in der Industrie wieder zurück im akademischen Betrieb. „Ich habe zunächst in Deutschland in der Röntgensystementwicklung und ab 2016 bei der CTR Carinthian Tech Research AG zu KI-Methoden für die Auswertung von Bild- und Sensordaten gearbeitet“, so der 39-Jährige. „Aber der Aspekt der Grundlagenforschung hat mir gefehlt.“ In die Kärntner Landeshauptstadt hat es die Familie vor vier Jahren wegen einer Karrieremöglichkeit seiner Frau verschlagen. „Jetzt haben wir ein kleines Paradies vor der Haustür.“

 

Software trifft auf reelle Systeme

In der KI ist noch vieles unerforscht, das gefällt Steinbrener. „Das Zusammenspiel von Software und reellen Systemen birgt Herausforderungen, die es in der reinen Datenverarbeitung nicht gibt.“ Etwa dass die Algorithmen echtzeitfähig sein müssen und sich kleine Fehler schnell summieren – mit potenziell katastrophalen Folgen. Das gilt für das Drohnenprojekt ebenso wie für andere Bereiche. So leitet Steinbrener auch ein Projekt, in dem dieselben Methoden einen chirurgischen Roboter befähigen sollen, sich anhand von Ultraschallbildern im menschlichen Körper zu orientieren. „Autonomen Robotern und Drohnen stehen viele skeptisch gegenüber, dabei können sie sehr nützlich sein“, sagt er. „Zum Beispiel bei Rettungseinsätzen oder in der medizinischen Versorgung.“

ZUR PERSON

Jan Steinbrener (39) hat in Deutschland und den USA Physik studiert und 2010 an der Stony Brook University im Staat New York promoviert. Daraufhin forschte er acht Jahre in der Industrie. Seit Jänner 2019 ist er Postdoc-Assistent an der Universität Klagenfurt und leitet unter anderem das Projekt „Live Fliegen Lernen“, das vom 1000-Ideen-Programm des FWF gefördert wird.

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("Die Presse", Print-Ausgabe, 10.10.2020)