Simulation künstlicher Drohnen in MATLAB

Im Rahmen des Fraunhofer MINT-EC Talent Programms betreuen wir Gruppen talentierter Schüler zur Durchführung von Projekten im MINT-Bereich. Ein Beispiel dazu ist die autonome Steuerung einer Drohne in Quadcopterbauweise. Anhand des Videostreams der Bordkamera soll diese in der Lage sein, bunte Marker zu erkennen, zu identifizieren und unter Vermeidung von Hindernissen dorthin zu navigieren. Anwendungen im Logistikbereich oder zur Überwachung eines beschränkten Gebietes sind denkbar. Die Programmteilnehmer kommen nur einige Male im Jahr in Workshops zusammen, sind ansonsten räumlich voneinander getrennt und haben somit nicht immer die Möglichkeit, zusammen an der echten Drohne zu arbeiten. Wir nutzen deshalb MATLAB^®, um eine Drohne zu simulieren und Algorithmen zur Steuerung und Bilderkennung zu entwickeln. Dazu wurde von den Schülern ein objektorientierter Ansatz gewählt, sodass eine Drohne mit Kamera in einer aus primitiven Polygonen aufgebauten Welt simuliert werden kann, die ihre virtuelle Umgebung anhand einer virtuellen Kamera wahrnehmen und sich darin in derselben Weise wie ihr physikalisches Gegenstück bewegen kann. Der verfügbare Befehlssatz der Drohne ist abstrakt genug gehalten, dass entwickelte Algorithmen sich in der Zukunft auf die echte Drohne übertragen lassen sollten. Aus Erfahrung wissen wir, dass auch Schüler ohne Programmiererfahrung bereits nach kurzer Zeit in MATLAB komplexe Anwendungen realisieren können. Dabei hilft ihnen der Funktionsumfang inklusive leicht zu handhabender Grafikfunktionen und auch die ausführliche Dokumentation. Neben dem konkreten Projekt wird auch kurz der Einsatz von MATLAB in weiteren Projekten des Talent Programms vorgestellt.