Im August 2023 wurde die Swarm Drone Challenge (SDC) von MBDA Deutschland zusammen mit dem Partner Start-Up Inkubator bringkAIR ins Leben gerufen. Die Herausforderung soll junge und innovative Start-Ups locken, und der Industrie neue Impulse und Ideen geben. Natürlich steht über allem immer die Frage, sind Start-Ups tatsächlich flexibler und innovativer als die „etablierte“ Industrie?
So richtete sich die SDC 2024 weltweit an Start-Ups, Universitäten oder KMUs, ihre Ideen zu entwickeln und zu präsentieren, um sie anschließend in die Entwicklungen bahnbrechender Technologien im Rahmen großer Projekte einbinden zu können. Sie sollen für frischen Wind und Ideen sorgen, die Innovationen treiben und ganz der Industrie neue Impulse geben. Und so auch das Tempo der Entwicklungen erhöhen.
Bei der Swarm Drone Challenge 2024 ging es um kollaboratives Fliegen von Drohnen sowie die gemeinsame und automatisierte/autonome Lösung von Aufgaben. Warum ist das so wichtig? Ein Beispiel ist das multinationale Projekt FCAS (Future Combat Air System). Hier wird das Kampfflugzeug in Zukunft vor allem in einem System mit Drohnen, Drohne-Schwärmen oder auch sogenannte Remote Carrier (RC) und RCM² (Remote Carrier Multidomain Multirole Effector).
Und alle beteiligten Firma arbeiten an entsprechenden Konzepten, MBDA Deutschland genauso wie Indra für den spanischen Anteil. Dabei müssten Trägersysteme interagieren und per Combat Cloud gemeinsam Aufgaben meistern – also eine kollaborative Sensortechnologie für Missionen aufweisen, um die Sensoren und Effektoren (Radar, elektronische Kampfführung, Elektrooptik, digitale und softwaredefinierte Sensoren usw.), Signalintelligenz und Informationen in Wissen umwandeln und über intelligente Kommunikationssysteme verteilen. Das ganze in Echtzeit und gegen gegnerische Störungen gehärtet.
Hinzu kommen Themen wie Künstliche Intelligenz (KI), Datenmanagement in verteilten Clouds, Technologien für Sensoren mit geringer Sichtbarkeit, Simulation und Darstellung von Informationen, optische Technologien, Radiofrequenz (RF) und Mikrowellen sind nur einige der attraktivsten Technologien für die Initiative.
Bei den Entwicklungen geht es aber nicht nur um offensive Missionen, sondern auch die gleichzeitige Abwehr von Drohnenschwärmen (Counter-UAV; C-UAC) und Gegenmaßnahmen. Und das Ganze in einer GPS-denied Umgebung.
Dazu sollten die internationalen Teams bei der Swarm Drone Challenge ihre kreativen und innovativen Algorithmen präsentieren. Der Fokus auf Schwärme eröffnet neue Horizonte für die Bereiche der künstlichen Intelligenz und des maschinellen Lernens.
Und dieses wurde dann im Wettbewerb im Prinzip „Capture the Flag“ geetestet. Es traten immer zwei Teams mit mehreren Drohnen gegeneinander an. Angedacht waren vier bis fünf Drohnen je Team. Jedes Team konnte „offensive“ und „defensive“ Aktionen durchführen, um sich Punkte zu verdienen. Neben dem reinen „Punktesammeln“ soll die übergeordnete Absicht oder die Spielidee des einzelnen Teams für ihren Schwarm erkennbar sein. Hinzukommen: wie kommunizieren die Drohnen bzw. das Team untereinander? Klassisch über Links, gehärtet oder über ganz neue Ansätze? Wie werden die Problemlösungen angegangen?
Die Punkte, Absicht, Vorgehen, robuste Kommunikation, Künstliche Intelligenz (KI), und das Schwarmverhalten, dies alles fließt am Ende in die Gesamtbewertung der Swarm Drone Challenge mit ein. Bewertet wurde der Grad der Innovation, die Koordination und Kollaboration, die Robustheit der Aktionen, Kollisionsvermeidung, der Erfolg bei der Aufgabenlösung, die Strategie, die Nutzung von Open Source Software sowie die Präsentation der Idee des Teams. So zumindest die Theorie.
Flying Algortihm gewinnt Swarm Drone Challenge 2024
Am 27. Juli 2024 war es dann soweit. In einer Halle von brigkAIR am Flugplatz Manching kam es zum Showdown der Teams. Beworben hatten sich 22 Teams aus 12 Nationen. Nach einem initialen Qualifying zur Swarm Drone Challenge blieben noch fünf Bewerber übrig, vier wollten am Ende antreten. Am frühen Morgen gab bereits eines dieser vier Teams (Unmanned Dynamcis) auf, die Software wollte sich nicht auf die Drohnen übertragen lassen, damit ein kollaboratives Fliegen und ein Automatismus nicht möglich. Jetzt wo geliefert werden musste, trennte sich die Spreu vom Weizen!
Aber auch die Teams von Simon und Null Dimension (aus Indien) hatte so ihre Probleme mit der Herausforderung. SIMON ist ein Team des Wehrwissenschaftliches Institut für Werk- und Betriebsstoffe (WIWeB) der Bundeswehr aus Erding. Hier lag der Fokus auf der Nutzung von Künstlicher Intelligenz.
Mensch gegen Maschine
Am Ende flog nur das Siegerteam Flying Algorithm wirklich autonom und kollaborativ. Die anderen beiden praktisch pilotiert/ferngesteuert. Damit traten am Ende des Wettbewerbes der Swarm Drone Challenge Mensch gegen Maschinen an.
Bei Flying Algortihm handelt es sich um ein polnisches Team, das mittlerweile in Abu Dhabi arbeitet, weil dort mehr möglich ist, als in Europa. Das Team nutzt das Tool Microsoft Copilot, ein KI-Begleiter. Denn dieses erleichtert die Arbeit, so das Team. Aber die KI erleichtert nur die Entwicklung, am Ende folgt immer noch Testen, Testen und Testen sowie anpassen.
Flying Algortihm nutzte für die Swarm Drone Challenge Standard-DJI-Drohnen, und konzentrierte seine ganze Arbeit auf die Entwicklung und Anpassung der Software. Und hier zeigte sich auch die größten Unterschiede, der am Ende den Erfolg ausmachte. Wie arbeiteten die Drohnen zusammen und agierten im Schwarm? Durch Knowledge Sharing als Ansatz. Alle fliegenden Systemen teilen ihr Wissen untereinander. In diesem Fall viermal pro Sekunde. So können die Drohnen eigenständig agieren, müssen nicht vorprogrammiert werden.
Null Dimension aus Indien baute seine Drohnen selber, unterschätzte die Herausforderung der Software. Am Ende fehlte einfach Zeit. Laut Team hätte man ein bis zwei Wochen mehr benötigt, um das geforderte zeigen zu können. Ohne Probleme hätten drei Drohnen autonom fliegen können, aber leider eben zum Wettkampf nur theoretisch.
Team SIMON nutzte bei der Swarm Drone Challenge sieben FPV Drohnen mit einen PX4 Flight Controller (Low Level) und einem Linux Computer auf der Drohne sowie ROS 2 (Robot Operating System). Der High-Level sollte dann den „Schlachtplan“ umsetzen und die einzelnen Drohnen entsprechend anweisen. Das zentrale Element dabei ist SIMON (Semi consciousness Instrumented Modular Operating Network) für den Workflow, wonach auch das Team benannt wurde. Dieses läßt zu, dass alles sprachgesteuert ist. SIMON übersetzt und sendet den Output an die Plattform sowie das Kommando-Element.
SIMON könnte im Anwenderfall auch in Echtzeit Fotos oder Videos der Drohnen auswerten und die Informationen per Sprache ausgeben. Hier ist dann der High Level mit Sprachmodul und KI. Beides befindet sich auf einem PC. Die Anteile Low Level auf der Drohne. Das Sprachmodul nutzt als Basis Chat GPT.
Weitere Anteile waren NVIDIA Jetson und UXRCE. Jeder NVIDIA Jetson ist ein komplettes System-on-Module (SOM) inklusive GPU, CPU, Speicher, Energiemanagement, Hochgeschwindigkeitsschnittstellen und mehr. So kann SIMON eigene Vorschläge und Taktiken entwickeln, wie eine Aufgabe gelöst werden können. Der Nutzer muss dies dann nur bestätigen bzw. freigeben. Das System ist schon sehr autonom. Konnte bei der SDC24 leider nur am Rechner aber nicht in Aktion mit den Drohnen gezeigt werden.
Alle Wettkämpfe Mensch gegen Maschine (Flying Algortihm) der Swarm Drone Challenge konnten die Maschinen für sich entscheiden. Herzlichen Glückwunsch an das Team, das sich in einem spannenden Wettbewerb um 50.000 Euro Preisgeld durchgesetzt hat. Dank und Respekt an alle Teams, die mit Experimentierfreude und Leidenschaft für Drohnen, KünstlichenIntelligenz und Maschinelles Lernen neue Horizonte eröffnet haben.
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