Fraunhofer-Institut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie FKIE

Unbemannte Systeme für Verteidigung und Sicherheit

Plan – Bewegungsplanung & Schwarmkoordination

Die Fähigkeit, die allen unbemannten Systemen (UxS), egal welcher Domäne, zu eigen ist, ist die aktive Bewegung in ihrem jeweiligen Einsatzgebiet. Egal, ob als einzelnes System, als Team oder im Schwarm, die nächsten Aktionen müssen geplant werden. Dabei sind zu berücksichtigen:

Umwelt
Pläne müssen ausführbar sein und das System soll nicht mit der Umwelt kollidieren. Somit sind gerade lokale Pläne eng mit der Umgebungswahrnehmung verknüpft.
Mission
Pläne müssen an der aktuellen Aufgabe des unbemannten Systems ausgerichtet sein. Muss ein Zielpunkt erreicht oder eine Aufklärung durchgeführt werden?
Koordination
Ist ein unbemanntes System nicht allein unterwegs, sondern mit weiteren UxVs oder mit Menschen, muss die Koordination beachtet werden. Die übergeordnete Aufgabe der Gruppe muss ausgeplant und ausgeführt werden.

Ausgehend von den Aufträgen und Anwendungen sind unterschiedliche Lösungen sinnvoll.

Einzelsystem.

Planungsverfahren für Einzelsysteme orientieren sich stark an der Mission des jeweiligen Systems. Neben den lokalen Aufgaben der Hindernisvermeidung kommen hier weitere Aspekte hinzu.

So können Pläne in Hinsicht auf die Nutzung der Sensoren optimiert werden. Bei bekannten Sensorkonfigurationen lässt sich die Pfadtrajektorie optimal auf ein zu erreichendes Aufklärungsergebnis anpassen.

Zudem kann es auch notwendig sein, dass ein Planungsverfahren komplexe Aufgaben in sequenzielle Teilaufgaben für das einzelne System herunterbricht und entsprechend, Schritt für Schritt, das UxV zum Ziel führt.

Team.

Agieren mehrere UxVs zusammen, so spricht man von einem Team. Hier können UxVs menschlichen Teammitgliedern zugeordnet werden (MUM-T, Manned Unmnanned Teaming) oder das Team besteht ausschließlich aus unbemannten Systemen. Das Team hat einen Auftrag, der nur mittels Kooperation der einzelnen UxVs erreicht werden kann.

Die entsprechenden Pläne können zentral erstellt werden. Dies bringt den Vorteil einer Optimalität und sicheren Konvergenz mit dem Nachteil eines Single-Point-of-Failure. Aber auch dezentrale Planungsverfahren ermöglichen die Koordination des Teams. Die dadurch erzielte Robustheit erreicht man durch einen erhöhten Kommunikationsaufwand. Dies zeigt eine enge Verknüpfung der Kommunikations- mit der Teaming-Lösung.

Schwarm.

Wird eine hohe Anzahl an UxVs koordiniert eingesetzt, spricht man von einem Schwarm. Die hohe Zahl einzelner Entitäten führt dazu, dass andere Techniken für die Koordination und Planung eingesetzt werden müssen. Schwärme können schnell neue Entitäten aufnehmen, aber auch deren Verlust kompensieren.

Diese Skalierungsfähigkeit muss im ganzen Schwarm mitgedacht werden. So sind Planungsverfahren, in denen die einzelnen Entitäten untereinander die Aufgaben absprechen müssen, ebenso ungeeignet wie die Etablierung einer zentralen Koordinationsentität. Echte Schwärme erfordern hier neue Techniken und ein gut abgestimmtes Gesamtsystem, damit sie auch weiterhin kontrolliert eingesetzt werden können.

Ausgewählte Referenzprojekte

Auswahl von Referenzprojekten

Presseinformation / 2.1.2025

Roboter erkundet Gefahrenzonen

Robotersysteme erkunden bisher unbekanntes Gelände, Gebäude oder Gefahrenzonen mit Kameras. Im Projekt »3D-InAus« nutzen FKIE-Wissenschaftler einen LiDAR-Laser auf einem fahrenden Roboter, der mit Laserimpulsen Entfernungen misst. So entsteht in der Visualisierung ein 3D-Modell mit Gebäuden, Innenräumen und Objekten sowie allen dazu gehörigen Abmessungen und Entfernungen.

Projekt

Virtual Reality in der Missionsplanung

Unbemannte Systeme werden verstärkt von Einsatzkräften wie dem Militär, der Polizei sowie der Feuerwehr genutzt, um in gefährlichen Situationen Aufgaben zu übernehmen und durch ihre Sensoren zusätzliche Informationen zu liefern. Für eine bestmögliche Unterstützung der Einsatzkräfte ist es daher wichtig, dreidimensionale Räume erfassbar zu machen und die Zusammenarbeit zwischen Einsatzkräften sowie unbemannten Systemen zu koordinieren.

Mehr Infos

Projekt

Überlegenheit durch taktisches Teaming

Einem abgesessenen Infanteriezug im Marsch wird zur Aufklärungs- und Transportunterstützung eine Gruppe Unbemannter Systeme an die Seite gestellt. Im Rahmen des Projekts »Prozesskette Automatisierte Aufklärungsunterstützung« (PAA) entwickelt das Fraunhofer FKIE eine Unterstützungsarchitektur, die durch zusätzliche Aufklärungsergebnisse den Schutz der Soldaten maßgeblich erhöht.