Ausschwärmen wie die Bienen

„Athene Young Investigator“ Lin Xiang optimiert die Kommunikation von Drohnen

27.05.2021 von

Dr. Lin Xiang, neuer „Athene Young Investigator“ der TU Darmstadt, forscht an der nächsten Generation von Drohnen. Er will die Kommunikation und das Networking, den Informationsaustausch der unbemannten Flugobjekte untereinander ermöglichen und verbessern, damit sie künftig weiter, länger und verlässlicher eingesetzt werden können. Vorbild ist für ihn dabei die Natur.

Bild: Pingping Witt/ TU Darmstadt
Bild: Pingping Witt/ TU Darmstadt
Dr. Lin Xiang

Ameisen kommunizieren über Duftstoffe oder Klopfgeräusche miteinander; Bienen führen tänzelnde Bewegung aus, um ihre Artgenossen zur Futterquelle zu führen. Durch die Kommunikation und Verbindung untereinander, das gemeinsame Agieren, kommen die Insekten schneller und effizienter an ihr Ziel. Diese Art Schwarmintelligenz will sich auch der Ingenieur der Elektro- und Informationstechnik, Dr. Lin Xiang, für seine Drohnenforschung zunutze machen. Bisher, sagt der 34-Jährige, ist der Einsatz und die Reichweite der unbemannten Flugroboter vor allem limitiert durch Größe, Gewicht und Energieleistung. Diesen „Performance Engpass“ hofft Lin Xiang zu überwinden, in dem er die Möglichkeit zur Zusammenarbeit von Drohnen verbessert. „Wir wollen von der Intelligenz der Tiere lernen“, erklärt er den Ansatz. Wenn Drohnen im Team eingesetzt und organisiert werden können, ließen sich so die Last auf den einzelnen Roboter verringern und insgesamt höhere Anforderungen und komplexere Aufgaben meistern.

Möglich wird das vor allem über drahtlose Funkkommunikation und eine Vernetzung mit Systemen am Boden und in der Luft. Als Beispiele nennt der Nachwuchsforscher das Mobilfunknetz, aber auch das von Airbus entwickelte „Network for the Sky“. Dieses kombiniert verschiedene Technologien wie etwa Satelliten- und Bodenkommunikation, taktische Luft-Boden-, Boden-Luft- und Luft-Luft-Verbindungen sowie 5G-Mobilfunkstandard. Drohnen, so Lin Xiang, können zudem mit einer geringeren Latenz, sprich Reaktionszeit, mit Bodensystemen kommunizieren als es etwa Satelliten können. „Das macht Drohnen auch zu einer interessanten Lösung für künftige Kommunikationsnetzwerke“, so der Forscher. Beispielsweise in einer Art Sandwich-Struktur, in der sie die Lücke füllen zwischen Satelliten und Netzwerken am Boden.

Vielfältige Einsatzmöglichkeiten für Drohnen

Die Roboter der Lüfte faszinieren den Postdoc, der von der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg an die TU Darmstadt gewechselt ist, schon seit seiner Studienzeit an der Huazhong Universität in Wuhan/China. Drohnen haben für ihn das Potenzial, „die Gesellschaft und die Industrie zu verändern“. Nicht nur in der Informations- und Kommunikationstechnik. Auch in der Landwirtschaft werden sie bereits eingesetzt, zur Überwachung industrieller Anlagen oder des Verkehrs, in der Kriminalitätsbekämpfung, dem Transport oder zu sozialen Zwecken und der medizinischen Notversorgung in abgelegenen Regionen.

Seit 2012 forscht Lin Xiang als Doktorand und Postdoc in Deutschland. Zunächst an der Friedrich-Alexander-Universität im Fachbereich Elektrotechnik-Elektronik-Informationstechnik am Lehrstuhl für Digitale Übertragung bei Professor Robert Schober. Ihn hatte sich der Wissenschaftler als Doktorvater erwählt, als dieser noch Professor an der University of British Columbia in Vancouver war. „Als er kurz darauf zurück nach Erlangen ging, entschied ich mich, ebenfalls nach Deutschland zu kommen“, erzählt Lin Xiang. Seine Freunde hätten ihn gewarnt – in Deutschland seien die Professoren streng, erzählt er mit einem Lachen. Sechs Jahre blieb Xiang in Erlangen, wo er promovierte. Zwei Jahre forschte er anschließend an der Universität von Luxemburg.

Erste Forschungsresultate

An der TU Darmstadt arbeitet er seit November 2020 als Postdoc. Die Förderung als „Athene Young Investigator“ (AYI) ist „eine gute Chance für mich und meine Forschung“, sagt er. Mithilfe des AYI-Programms will er seine Arbeit mit Studierenden und Doktoranden intensivieren und auch seine Forschungsgruppe personell verstärken. „Wir kommen voran und können schon erste Resultate vorweisen“, so der zweifache Familienvater. Sein Karriereziel ist eine Professur – durchaus auch an einer deutschen Universität.