Lola fliegt – sicher und alleine

Drohnen schwirren schon lange zum Beispiel für Filmaufnahmen oder zum Sammeln von Wetterdaten durch die Luft. Geht es nach dem Willen der Bundesregierung sollen ihre Einsatzfelder in Zukunft noch deutlich ausgebaut werden. Doch nicht nur in der unbemannten Luftfahrt ist Bewegung. Expert:innen zufolge könnten schon in den nächsten fünf Jahren die ersten Flugtaxis samt Passagieren die Großstadt-Himmel bevölkern und die Straßen entlasten. Die neueste Generation solcher Fluggeräte, egal ob Flugtaxis oder Drohnen, ist längst in der Lage alleine zu fliegen und kann zum Teil auch komplexe Aufgaben autonom lösen. Alle sicherheitsrelevanten Szenarien im Vorfeld zu bedenken, ist allerdings nicht möglich. CISPA-Faculty Prof. Bernd Finkbeiner entwickelt deshalb die automatisch programmierbare Monitoring-Komponente RTLola, mit der die Flugtauglichkeit von autonomen Drohnen während des Betriebs ständig und flexibel überwacht werden kann.

Ohne Überwachung können unbemannte Flugsysteme schnell zum Sicherheitsrisiko avancieren.  Denn so schlau die Systeme in den vergangenen Jahren auch geworden sind: Unwetter, plötzlich auftauchende Hindernisse oder andere Flugobjekte können sie aus ihrer gewohnten Bahn werfen. Ein Absturz kann fatale Folgen für diejenigen haben, die sich auf den Straßen unter den Flugkörpern bewegen. „Dass die Fluggeräte automatisch und sicher auf alle möglichen Unwägbarkeiten reagieren können, ist eine große Herausforderung“, erklärt Bernd Finkbeiner. Größtmögliche Sicherheit bei ihrem Betrieb zu garantieren eine noch größere. Das Überwachungssystem sorgt dafür, dass Probleme bei den Flügen frühzeitig erkannt und entsprechende Schutzmaßnahmen ergriffen werden können.

Das System basiert auf der gleichnamigen formalen Spezifikationssprache RTLola und besteht aus mehreren Komponenten.  „In Absprache mit den Ingenieuren schreiben wir zunächst die Spezifikation. Das heißt, wir legen genau fest, welche Eigenschaften das System haben soll und welche Anforderungen gelten“, erklärt Finkbeiner. Diese formale mathematische Beschreibung wird mithilfe eines Algorithmus automatisch in eine logische Schaltung übersetzt, mit der der Flugbetrieb genau beobachtet werden kann. Eine Hardwarekomponente, die auf der Drohne mitfliegt, greift Rohdaten von den Sensoren ab, zum Beispiel zur Position, der Flughöhe und dem Stromverbrauch und verarbeitet die Daten weiter. So wird eine Analyse in Echtzeit möglich, die umfassende Statistiken liefert und eine Beurteilung des Systemzustandes erlaubt. Erkennt der Monitor anhand der verarbeiteten Daten, dass gegen Anforderungen wie etwa den Mindestabstand zu einem Hindernis verstoßen wird, signalisiert er dem Piloten, dass es ein Problem gibt. RTLola soll künftig auch in der Lage sein, eigenständig eine Notlandung oder die Rückkehr zur Basisstation der Drohne einzuleiten, wenn eine kritische Situation entsteht.   

„Das Tolle an RTLola ist, dass unser Monitor völlig unabhängig von der Steuerungssoftware läuft“, sagt Finkbeiner.Das ist wichtig, denn die Monitoring-Komponente muss Zugriff auf alle für den Gesamtzustand des Systems wichtigen Informationen haben, darf aber nicht in den normalen Betrieb eingreifen.

RTLola läuft im Testbetrieb bereits in Drohnen im Autonomous Rotorcraft Testbed for Intelligent Systems (ARTIS) des Deutschen Zentrums für Luft und Raumfahrt, wo Technologien für das autonome Fliegen erprobt werden.