24.08.2018
Flugtaxi und Schwerlasttransporter
1. Teil: „Drohnen erobern neue Geschäftsfelder“
Drohnen erobern neue Geschäftsfelder
Autor: Thomas Hafen
Brovkin / Shutterstock.com
Unternehmen können in vielen Szenarien von unbemannten Flugsystemen profitieren. com! professional zeigt die spannendsten Einsatzgebiete und wagt einen Ausblick für die Zukunft.
"Wenn Sie vom Hauptbahnhof in München … mit zehn Minuten, ohne dass Sie am Flughafen noch einchecken müssen … dann starten Sie im Grunde genommen am Flughafen … am Hauptbahnhof in München starten Sie Ihren Flug …!"
Glaubt man der Studie „The Future of Vertical Mobility“ von Porsche Consulting befördern Flugtaxis bereits 2025 Passagiere in und zwischen Städten. Geschätztes Marktvolumen bis zum Jahr 2035: 32 Milliarden Dollar.
Tatsächlich steht die Personenbeförderung mit Drohnen – unbemannten, autonomen oder ferngesteuerten – kurz vor der Einführung. In Dubai haben mehrere Technologiepartner Testflüge durchgeführt, darunter das deutsche Start-up Volocopter. Dessen mit 18 elektrisch betriebenen Rotoren bestückter Volocopter 2x absolvierte im September 2017 den ersten vollautonomen Flug über der Innenstadt von Dubai – wenn auch noch ohne Passagiere.
Für den Taxieinsatz in Dubai im Gespräch ist auch das ebenfalls mit Elektromotoren ausgestattete Fluggerät EHang 184 des chinesischen Herstellers EHang. Es verfügt über vier Doppelrotoren und soll in der Spitze 130 Stundenkilometer erreichen. Laut der für die Zulassung zuständigen Behörde RTA (Roads and Transport Authority) soll der Regelbetrieb von Flugtaxis in Dubai schon 2020 starten.
Flugtaxis für Großstädte
Nach Ansicht von Volocopter könnten Lufttaxi-Systeme in Metropolen in zehn Jahren bis zu 100.000 Passagiere pro Stunde transportieren. „Unsere Ambitionen beschränken sich nicht darauf, nur das Fluggerät zu entwickeln“, sagt Florian Reuter, Geschäftsführer der Volocopter GmbH. „Wir arbeiten am ganzen Ökosystem, denn wir wollen urbane Lufttaxidienste auf der ganzen Welt etablieren.“ Zu diesem Konzept gehören sogenannte Volo-Hubs, eine Art Mini-Terminal, und Volo-Ports, die im Wesentlichen den heutigen Heliports entsprechen. Und Volocopter-Mitgründer Alex Zosel verspricht: „Wenn das System voll in Betrieb ist, wird ein Flug (…) nicht viel teurer sein als eine Taxifahrt.“ Porsche Consulting rechnet für München mit 100 Euro pro Flug. Derzeit kostet eine Taxifahrt aus der Münchener City rund 70 Euro.
Wie Volocopter stammt auch der Lilium Jet aus Deutschland. Er sieht eher aus wie ein Kleinflugzeug und ist genau genommen auch keine Drohne, da er nicht autonom oder ferngesteuert fliegt, sondern von einem Piloten bedient wird. Wie Volocopter 2x und EHang 184 kann er aber senkrecht starten und landen, gehört also in die VTOL-Klasse (Vertical Take-off and Landing). Möglich machen dies zwölf Flügelklappen mit je drei Düsentriebwerken. Im Flug sollen sie den Jet auf 300 km/h Reisegeschwindigkeit bringen und auch die anvisierte Reichweite von 300 Kilometern ist für ein Elektroflugzeug beachtlich. Noch ist Lilium allerdings nur ein Prototyp.
Der Luftverkehr mit Passagierdrohnen hat längst auch das Interesse der etablierten Industrie geweckt. Ford forscht an Drohnen, Daimler ist als Investor bei Volocopter eingestiegen, Audi und Airbus unterstützen das EU-Projekt „Urban Air Mobility“ in Ingolstadt, in dem der Einsatz von Flugtaxis getestet werden soll. Der Flugzeugbauer ließ im Januar dieses Jahres zum ersten Mal seine autonom fliegende Personendrohne Vahana steigen. Konkurrent Boeing hat sich mit der Übernahme von Aurora Flight Sciences Drohnen-Know-how eingekauft. Die Firma hatte zusammen mit Taxi-Schreck Uber vergangenes Jahr ein Flugtaxisystem vorgestellt.
2. Teil: „Paketboten und Schwerlastesel“
Paketboten und Schwerlastesel
Deutlich weiter ist da die Kooperation von EmQopter und Jopp. Der Würzburger Drohnenhersteller hat für den Automobilzulieferer eine autonome Lieferdrohne entwickelt. Der Oktokopter mit redundant ausgelegten Motoren ist noch ein Prototyp und kann bis zu zwei Kilogramm aufnehmen. In einem ersten Schritt soll er zwischen der Jopp-Zentrale in Bad Neustadt an der Saale und einem einige hundert Meter entfernten Zweigwerk pendeln und Kantinenessen, Hauspost, Klein- und Ersatzteile sowie Werkzeug transportieren. Die Flugzeit hin und zurück dauert fünf bis sechs Minuten. „Wir rechnen innerhalb der nächsten vier Wochen mit dem Beginn des Regelbetriebs“, erklärte Marvin Bihl, Kunden- und Produktbetreuung bei der EmQopter GmbH, Ende Juni 2018 gegenüber com! professional.
Ganz andere Lasten hat das norwegische Unternehmen GRIFF Aviation im Visier. Der Quadrokopter GRIFF 350 kann bis zu 200 Kilogramm schwere Lasten anheben und bis zu 150 Kilogramm Ladung transportieren. Die Flugzeit beträgt maximal 20 Minuten. Die doppelt ausgelegte Batterie ist laut Hersteller in einer Stunde aufgeladen. Über ein optionales Battery Pack lässt sich die Flugzeit verdoppeln. Die GRIFF-Drohne Roughneck soll sogar bis zu 500 Kilogramm heben können, der Drohnenhersteller arbeitet außerdem an einem Flugsystem mit einer Tragfähigkeit von bis zu einer Tonne.
Eine Schwerlastdrohne will auch das litauische Unternehmen Aerones auf den Markt bringen. Sie soll mit 28 Motoren und 16 Batterien ausgestattet sein und bis zu 200 Kilogramm tragen können. Boeing arbeitet ebenfalls an solchen Brummern: Der 340 Kilogramm schwere, rund viereinhalb Meter lange CAV-Prototyp (Cargo Air Vehicle) absolvierte im Januar erste Testflüge. Er soll 220 Kilogramm transportieren können.
3. Teil: „Drohnenalltag in Unternehmen“
Drohnenalltag in Unternehmen
Vermessungsingenieure etwa nutzen unbemannte Fluggeräte im Straßenbau, bei der Planung von Wohn- und Gewerbegebieten, dem Erfassen von Gebäuden, Landschaftselementen und Verkehrswegen und bei der Exploration von Abbaugebieten. „Drohnen sind ein häufig eingesetztes Mittel, um den Vermessungsaufwand am Boden zu reduzieren“, weiß Benjamin Federmann. Zum Einsatz kommt meist das Photogrammetrie-Verfahren: Aus den Aufnahmen einer Drohne wird eine Punktwolke der fotografierten Strukturen und Objekte erstellt, die eine 3D-Darstellung des Geländes in einer CAD- oder Planungssoftware ermöglicht.
Kosten- und Zeitersparnis können beachtlich sein: Die in Kanada und den USA tätige PCL Construction konnte durch unbemannte Fluggeräte Erdarbeiten viermal schneller durchführen und die Vermessungszeit bei Großbaustellen von fünf auf eineinhalb Tage reduzieren. Choate Construction, ein Bauunternehmen aus dem Südosten der USA, sparte bei der Baufortschrittsüberwachung auf einer Baustelle mit über 50.000 Quadratmetern durch den Drohneneinsatz rund 85 Prozent der Kosten ein. Der Teal Group zufolge, einem auf Luft- und Raumfahrt spezialisierten Marktforschungsunternehmen, setzen die zehn weltweit größten Bauunternehmen bereits unbemannte Flugsysteme ein oder experimentieren damit.
Auch Baumaschinenlieferanten kooperieren mit Drohnenherstellern. So hat DJI, der mit rund 500 Millionen Dollar Umsatz größte Hersteller ziviler Drohnen, mit der Skycatch Explore1 eigens für den Baumaschinenproduzenten Komatsu ein Modell entwickelt, das Baustellen autonom abfliegen kann und keine Referenzpunkte am Boden benötigt. Zusammen mit der Basisstation Edge1 RTK des Datenspezialisten Skycatch lassen sich sofort Standortkarten und -modelle erstellen. Komatsu nutzt die Daten für seinen „Smart Construction“-Service, mit dessen Hilfe autonome Baumaschinenroboter selbstständig Erdarbeiten ausführen.
Wartung aus der Luft
Auch in der Inspektion und Wartung von Industrieanlagen, Ölplattformen oder Verkehrswegen haben sich Drohnen bewährt. „Drohnen können visuelle Inspektionen von Maschinen, Anlagen und Installationen ohne Gefährdung von Menschen durchführen und aktiv zur Schadensprävention beitragen“, erläutert Alexander Skorna, Business Development Manager des Versicherungsmaklers Funk Gruppe, der unter anderem Kunden zu Fragen der Drohnenversicherung berät.
Neben Bild- und Videoaufnahmen kommen vermehrt Wärmebildkameras zur Anwendung. Mit ihrer Hilfe lassen sich Kälte- oder Wärmebrücken erkennen, Stromwege identifizieren oder defekte Weichenheizungen entdecken. Die Deutsche Bahn etwa setzt Multikopter bereits seit 2015 für die Strecken- und Gebäudeinspektion ein. Allein bei der Überprüfung von Bahnhofsgebäuden sollen Drohnen Einsparungen von 40 Millionen Euro im Jahr bringen.
Siemens Gamesa wiederum lässt Geräte des britischen Drohnenspezialisten Cyberhawk seine Windkraftanlagen inspizieren. Der Hersteller, der 2017 aus der Fusion des spanischen Windenergieanlagenanbieters Gamesa mit der Windkraftsparte von Siemens entstand, konnte so Ausfallzeiten deutlich reduzieren und das Unfallrisiko für die Mitarbeiter senken, die nicht mehr so oft auf die hohen Masten klettern müssen.
Säen, düngen, spritzen
Auch in der Landwirtschaft spielen Drohnen zunehmend eine Rolle. Laut Teal Group könnte sie nach dem Baugewerbe in den kommenden zehn Jahren der zweitwichtigste Markt für kommerzielle Drohnen werden. Unbemannte Flugsysteme werden etwa eingesetzt, um Unkraut zu entdecken und zu bekämpfen, das Wachstum von Getreide zu überwachen, zu säen oder Pflanzen gezielt zu düngen.
Auch Versicherungen werden künftig wohl Drohnen losschicken, etwa um Risiken für eine Gebäudeversicherung aus der Luft zu evaluieren oder nach einem Schadensereignis den Schadensumfang abzuschätzen. Und natürlich sind auch Regierungen und Sicherheitsbehörden an den Fluggeräten interessiert. Aus der Luft koordinieren sie den Einsatz von Rettungskräften, jagen Kriminelle oder suchen nach Vermissten. Laut DJI konnten 2017 mindestens 65 Personen mit Drohnenhilfe gerettet werden.
Ein weiteres Einsatzgebiet für Drohnen sind die Medien „Die Film- und Fernsehindustrie ist ein ganz wichtiger Bereich“, unterstreicht Martin Brandenburg, Managing Director bei DJI EMEA. So wurden bei der Amazon-Prime-Serie „You are wanted“ viele Szenen mit Drohnen aus der Luft aufgenommen.
Und auch Wissenschaft und Forschung sowie Natur- und Umweltschutz profitieren von den Fluggeräten. So lassen sich Biotope und Wildtierherden oder Nester bedrohter Vogelarten kartieren oder Rehkitze aus der Luft finden, um sie vor einem Ende im Mähdrescher zu bewahren.
4. Teil: „Drohnen verwalten Lager“
Drohnen verwalten Lager
doks. innovation eine Lösung für die Verwaltung und Inventarisierung von Lagerbeständen vorgestellt. Die Sensorik der autonomen Drohne erfasst Labels von Paketen und Paletten, die Software überprüft die Verpackungsqualität und hilft Schäden festzustellen. Ihre Daten lassen sich direkt in ERP-Systeme einspeisen.
Nicht nur am Himmel und auf dem freien Feld, selbst in geschlossenen Räumen könnten Drohnen künftig ein alltäglicher Anblick werden. Mit inventAIRy hat beispielsweise Eine ähnliche Lösung entwickelt die französische Harris Group mit Eyesee. Die kleine quadratische Drohne liest mit einem handelsüblichen Barcode-Scanner Etiketten auf Waren und Paletten ab. Befinden sich mehrere Labels auf einem Produkt, identifiziert die Drohne das für die Lagerverwaltung entscheidende. Über eine App werden die Daten an Warenwirtschafts- oder ERP-Systeme übergeben. Laut Hersteller reduzieren sich so Personaleinsatz und Zeitaufwand für die Lagerverwaltung um rund 80 Prozent.
Intelligente Auswertung
Noch werden die von Drohnen erfassten Informationen vorwiegend manuell ausgewertet. Das soll sich in naher Zukunft ändern. „Wir erwarten eine voranschreitende Automatisierung und intelligentere Analyse der Drohnen-Luftdaten“, sagt Martin Brandenburg von DJI EMEA. In einer strategischen Partnerschaft mit Microsoft will der Hersteller Drohnen und KI zusammenbringen. Ein SDK für Windows ermöglicht es Programmierern, Flugsteuerung und Datenübertragungsfunktionen der DJI-Drohnen für Industrie-Anwendungen anzupassen. Auch Komponenten von Drittanbietern wie Multispektralkameras, Sprühvorrichtungen oder Greifarme werden sich per Software integrieren und steuern lassen.
Luftbilder und Videodaten sollen sich über die Microsoft-Cloud Azure mit Hilfe von maschinellem Lernen schneller und besser analysieren lassen. „Die Algorithmen können hier sehr schnell für komplexe Inspektionsaufgaben erlernt werden“, sagt Brandenburg. „Wir gehen davon aus, dass die Nachfrage für solche Lösungen stark zunehmen wird.“
Auch doks. innovation setzt bereits auf KI. Für Freiflächen wie Leergutstellplätze oder Baumateriallager hat das Start-up die Lösung summAIRy entwickelt. „Hier kommen Verfahren wie maschinelles Lernen zur intelligenten Erkennung von Objekten zum Einsatz, weil wir ohne identifizierende Labels wie Barcodes oder RFID-Tags auskommen müssen“, so CEO Federmann.
Grafikkartenhersteller Nvidia bietet für solche Zwecke die Module Jetson TX1 und TX2 samt Entwickler-Kits an. Mit den nur kreditkartengroßen Boards können Unternehmen KI und Deep Learning in Drohnen integrieren. TX1 verfügt über einen Maxwell-Grafikprozessor mit je 256 CUDA-Kernen (Compute Unified Device Architecture), einer Vierkern-ARM-CPU, 4 GByte Arbeits- und 16 GByte Datenspeicher. TX2 bietet eine GPU der Pascal-Generation mit ebenfalls 256 CUDA-Kernen, einem zusätzlichen Dualcore-Prozessor der Denver-Architektur sowie doppelt so viel Arbeits- und Datenspeicher.
5. Teil: „Wenn Drohnen abstürzen“
Wenn Drohnen abstürzen
Die Faszination für die vielen Einsatzszenarien darf nicht darüber hinwegtäuschen, dass die Verwendung von Drohnen auch Probleme mit sich bringt. Störungen von Menschen und Tieren durch Lärm und Flugbewegungen, Verletzung der Privatsphäre, Spionage und andere kriminelle Aktivitäten sind einige der negativen Aspekte des Drohnen-Booms. Und zählte die Deutsche Flugsicherung (DFS) 2015 noch 14 Konflikte mit dem regulären Flugverkehr, so waren es 2017 schon 88.
Im kommerziellen Bereich genügt es aber nicht, Abstürze abzumildern. Bei wertvoller Fracht und insbesondere bei der Personenbeförderung muss die Sicherheit so hoch sein wie in der bemannten Luftfahrt. Hersteller versuchen dies auf zwei Wegen zu erreichen. Zum einen sind Hightech-Drohnen mit einer Vielzahl von Sensoren ausgestattet, zum anderen sind wesentliche Systeme wie Rotoren, Triebwerke oder Batterien redundant ausgelegt. So fliegt das Fluggerät auch beim Ausfall eines Systems stabil weiter oder kann kontrolliert landen.
Vorschriften bremsen aus
Die steigende Zahl von Unfällen, Beinah-Kollisionen und Behinderungen an Flughäfen resultierte in teils recht drastischen Einschränkungen durch Gesetzgeber und Behörden. „Die Regulierungsbemühungen auf nationaler und europäischer Ebene haben dazu geführt, dass Drohnendienstleister eine Weile lang fast gar nicht mehr arbeiten konnten“, klagt Benjamin Federmann von doks. innovation. Mittlerweile zeichnet sich jedoch eine Regelung auf europäischer Ebene ab, mit der alle Beteiligten leben können.
Im Juni 2018 hat das EU-Parlament eine Vereinbarung verabschiedet, die EU-weit für einheitliche Sicherheitsstandards und Vorschriften sorgen soll. Sie ist allerdings sehr allgemein gehalten. Spannend wird es für die Drohnennutzer wohl erst, wenn die EU-Kommission detailliertere Regeln entwickelt hat, in denen zum Beispiel Entfernungs- und Flughöhenbeschränkungen sowie Vorgaben zur Zertifizierung von Drohnen festgelegt werden. „Für das weitere Wachstum und eine größere Verbreitung speziell der kommerziellen Nutzung ist ein europaweit homogener rechtlicher Rahmen für die Benutzung von Drohnen sinnvoll“, so Martin Brandenburg von DJI.
Derzeit gilt in Deutschland auch für Drohnen das Luftverkehrsgesetz (LuftVG). Seit April ist zudem die „Verordnung zur Regelung des Betriebs von unbemannten Fluggeräten“ in Kraft. Sie modifiziert die Luftverkehrs-Zulassungs-Ordnung (LuftVZO) und sieht unter anderem eine Kennzeichnungspflicht für alle Drohnen über 250 Gramm Startgewicht sowie einen Kenntnisnachweis für den Betrieb von unbemannten Flugsystemen vor, sofern diese mehr als zwei Kilogramm wiegen. Ab fünf Kilogramm Startgewicht ist der Betrieb erlaubnispflichtig.
Darüber hinaus dürfen Drohnen weder Krankenhäuser, Menschenansammlungen, staatliche Einrichtungen wie Justizvollzugsanstalten, Einsatzorte von Polizei und Rettungskräften noch Industrieanlagen, Naturschutzgebiete und Verkehrswege überfliegen. Auch Wohngrundstücke sind tabu, sofern die Drohne schwerer als 250 Gramm ist oder Ton-, Foto- beziehungsweise Filmaufnahmen anfertigen kann.
Die Bestimmungen zur Kennzeichnungspflicht und zum Kenntnisnachweis sind seit Oktober 2017 wirksam.
Die Drohnenverordnung bringt zwar eine gewisse Rechtssicherheit und scheinbare Erleichterungen, die umfangreiche Liste der Überflugverbote erschwert jedoch die Umsetzung. „Die derzeitigen Regelungen sind alles andere als nutzerfreundlich“, moniert Jan-Eric Putze, Geschäftsführer der
R. Eisenschmidt GmbH, eines Tochterunternehmens der DFS Deutsche Flugsicherung, die unter anderem Schulungen und Prüfungen für den Drohnenführerschein anbietet. Zwar sind für fast alle Verbote Ausnahmegenehmigungen möglich, allerdings nur mit erheblichem bürokratischen Aufwand.
R. Eisenschmidt GmbH, eines Tochterunternehmens der DFS Deutsche Flugsicherung, die unter anderem Schulungen und Prüfungen für den Drohnenführerschein anbietet. Zwar sind für fast alle Verbote Ausnahmegenehmigungen möglich, allerdings nur mit erheblichem bürokratischen Aufwand.
Vor jedem Aufstieg ist nämlich das Risiko zu klassifizieren, das eine Drohne bei einem Absturz (Ground Risk Class, GRC) beziehungsweise einem Zusammenstoß in der Luft (Aerial Risk Class, ARC) darstellen würde. Übersteigt dieses Risiko einen bestimmten Wert, hat der Anwender ein Specific Operation Risk Assessment (SORA) zu erstellen. „Jedes Flugverfahren muss neu beschrieben und neu bewertet werden“, berichtet Putze. „Dieser Aufwand ist für Unternehmen kaum zu leisten.“ Er hofft, dass künftig Regelungen aus der bemannten Luftfahrt übernommen werden, in der eine generelle Betreiberlizenz (Air Operator Certificate, AOC) beantragt werden kann. „Das AOC regelt, was ein Betreiber darf und was nicht“, erklärt Putze, „Damit würden die Anträge für jede Einzelmaßnahme entfallen.“
6. Teil: „Hohe Haftungsrisiken“
Hohe Haftungsrisiken
Skorna.
Eine Drohnen-Haftpflicht sei daher vorgeschrieben: „In Deutschland und in vielen anderen Ländern ist der Einsatz von Drohnen gesetzlich an eine gültige Haftpflichtversicherung gebunden.“ Die Versicherungssummen bewegen sich meist im Bereich von einer bis zehn Millionen Euro. „Sie sind also nicht vergleichbar mit den sonst üblichen Limits der Luftfahrthaftpflicht“, betont der Versicherungsexperte. In Einzelfällen könne das Haftpflichtrisiko auch in eine bestehende Betriebs- oder Produkthaftpflicht-Police des Industriebetriebs eingeschlossen werden, so Skorna weiter. „Die Regel ist allerdings eine separate Luftfahrtversicherung für Drohnen.“
Als Ergänzung können Anwender auch noch eine Kasko-Versicherung für ihre Drohne abschließen, die den Eigenschaden abdeckt. Neben Abstürzen durch technische oder Pilotenfehler sind bei einigen Angeboten auch Transportschäden oder Diebstahlrisiken abgedeckt. „Bei einer vorhandenen Elektronikversicherung können kleinere Flugdrohnen auch dort mitversichert werden“, sagt Skorna.
Fazit & Ausblick
Die zivile kommerzielle Nutzung von Drohnen erobert immer mehr Marktanteile. Vorbei sind die Zeiten, in denen die unbemannten Fluggeräte als Spielzeug betrachtet wurden. Selbst futuristische Szenarien wie die Personenbeförderung per Drohne, sind heute denkbar, in weniger spektakulären Bereichen, etwa in der Vermessung und Inspektion, ist ihr Einsatz ohnehin längst Realität.
Der dauerhafte kommerzielle Erfolg steht und fällt allerdings mit den gesetzlichen Vorgaben. Die derzeit gültigen Regelungen sind uneinheitlich und verursachen bei Anwendern einen enormen bürokratischen Aufwand. Sie behindern daher die Weiterentwicklung kommerzieller Drohnensysteme und gefährden deren wirtschaftlichen Erfolg. Mit den Bemühungen auf europäischer Ebene zeichnet sich hier jedoch Besserung ab.
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