Drohnentechnologie erweitert Reichweite des mobilen IoT

Unbemannte Fluggeräte – im Volksmund auch als „Drohnen“ bekannt – haben sich gewendet den Traum der Gebrüder Wright vom bemannten Fliegen auf dem Ohr, indem sie pilotenlose Flugmaschinen in die Atemwege einführten.

Drohnen können für eine Vielzahl von Aufgaben eingesetzt werden, von der feierlichen Aufgabe der Fernkriegsführung bis hin zu den Possen von Amateurfliegern. Aber es gibt viel mehr Drohnenaktivitäten, die die Lücke zwischen Militärwerkzeug und Hobbyspielzeug schließen, da Unternehmen begonnen haben, die betrieblichen und wirtschaftlichen Vorteile drohnenfähiger Funktionen zu schätzen.

Die Größe der Drohnen reicht von knapp einem Fuß bis zur Größe eines kleinen Flugzeugs, abhängig von der jeweiligen Aufgabe. Von diesen Aufgaben sind einige der faszinierenderen Anwendungen in Internet of Things/Industrial IIoT/IIoT-Umgebungen erschienen. Drohnen können effektiv mobile IoT-Endpunkte hinzufügen, um ein Netzwerk über die ansonsten physischen Grenzen hinaus zu erweitern. Dies ist kritisch geworden, da viele Unternehmensprozesse am Rand des Netzwerks stattfinden. Im Gegenzug hat die Drohnentechnologie die Fähigkeiten vieler mobiler IoT-Geräte in neue Gebiete am Edge erweitert.

„Ich denke, Drohnen sind sehr viel IoT-Geräte und es gibt viele Überschneidungen in Bezug auf Technologie sowie Kunden und Anwendungsfälle“, sagte Adam Bry, CEO von Skydio, einem Hersteller von Drohnenhardware und -software in Redwood City, Kalifornien.

Verschiedene als unbemannte Luftfahrzeuge (UAV) oder unbemannte Flugzeugsysteme (UAS) bezeichnet, sind Drohnen in einzigartiger Weise in der Lage, Orte zu erkunden und zu melden, die auf andere Weise möglicherweise nicht zugänglich sind. In einer IoT-Umgebung könnte eine Drohne als mobiler Sensor fungieren, um Daten zu sammeln und sie an eine Cloud-App oder einen anderen Analysedienst zurückzugeben.

Drohnen können auch als Ferninspektionsgeräte verwendet werden, um die Wartung von IoT-Endpunkten und anderen Komponenten zu unterstützen. Eine Drohne kann beispielsweise den physischen Zustand von turmbasierten Sensoren oder anderen IoT-verbundenen Geräten überprüfen, wodurch potenziell gefährliche persönliche Inspektionen überflüssig werden. In manchen Fällen ist es möglich, mit einer Drohne die notwendigen Wartungsarbeiten oder Gerätereparaturen durchzuführen. Zumindest ist es eine schnelle, sichere und wirtschaftliche Möglichkeit, kritische Geräte im Auge zu behalten.

Drohnenmarkt  wächst

Das Forschungsunternehmen Gartner prognostiziert ein Wachstum für kommerzielle Drohnen. „Im Jahr 2020 werden die weltweiten Lieferungen von Internet of Things (IoT)-Unternehmensdrohnen (definiert als fliegende Drohnen) 526.000 Einheiten betragen, was einem Anstieg von 50 % gegenüber 2019 entspricht“, bemerkte Gartner in seiner Prognose-Analyse:IoT Enterprise Drone Shipments, Weltweit . „Bis 2023 werden voraussichtlich 1,3 Millionen Einheiten weltweit ausgeliefert.“

„Plötzlich ist das Tempo angestiegen“, sagt David Benowitz, Forschungsleiter bei DroneAnalyst. „Wir haben in den letzten Jahren viel mehr industrielle Anwendungen gesehen, und hier passiert eine Menge Beschleunigung. Aber wissen Sie, insbesondere in den letzten vier oder fünf Jahren haben wir eine große Reife in der Drohnentechnologie gesehen, und das hat zu einer großen Akzeptanz im Geschäft geführt.“

Die Kundenakzeptanz wird auch mit Marktprognosen verfolgt. In einer von DroneDeploy, einem Anbieter von Drohnensoftware, durchgeführten Umfrage unter 140 seiner Kunden gaben 53 % an, dass sie im Jahr 2020 eine Erhöhung der Ausgaben für Drohnen und Drohnensoftware erwarten. Die Ergebnisse des Unternehmens, detailliert in seiner " State of the Drone Market 2020:Scale and Growth“ stellte auch fest, dass weniger als 5 % der Befragten mit einer Reduzierung der Drohnenausgaben rechneten.

Trotz dieser vielversprechenden Neuigkeiten ist die Drohnentechnologie eine aufstrebende Branche, wenn auch mit Potenzial und Wachstumspotenzial, insbesondere in IoT-Umgebungen. „Aus Produkt- und Technologieperspektive ist es … immer noch der Wilde Westen“, sagte Bry.

Wie Drohnentechnologie verwendet wird und warum

Der Gartner-Bericht weist darauf hin, dass Drohnen derzeit am häufigsten in der Baubranche eingesetzt werden, gefolgt von Brandmeldediensten, Versicherungen und Polizeidienststellen. In den nächsten Jahren wird erwartet, dass alle diese Sektoren ihren Drohneneinsatz verdoppeln.

Eine von Drone Industry Insights (DII) durchgeführte Umfrage, deren Ergebnisse im Bericht „Drone Industry Barometer 2020“ des Drohnen-Marktforschungsunternehmens veröffentlicht wurden, ergab, dass Inspektion/Wartung der wichtigste Anwendungsfall für Drohnen war, wie von 35 % der Drohnen-Dienstleister und 18 . angegeben % der geschäftlichen Nutzer. Andere wichtige Verwendungszwecke waren Kartierung (25 %/16%), Vermessung (15 %/33%) und Fotografieren oder Filmen (16 %/19%).

Die Befragten des DII stuften ihre Gründe für den Einsatz von Drohnen als sehr wichtig, wichtig und unwichtig ein. Sechzig Prozent gaben an, Zeit zu sparen sei sehr wichtig, dicht gefolgt von der Verbesserung der Qualität (59%). 53 % gaben an, die Verbesserung der Arbeitssicherheit sei sehr wichtig, und 47 % hielten Kosteneinsparungen für sehr wichtig.

Einige Branchen haben beim Einsatz von Drohnen als Erweiterung ihrer IoT-Umgebungen oder als Ergänzung zu anderen Datenerfassungsprozessen Pionierarbeit geleistet.

Energieunternehmen erweitern ihre umfangreichen IoT-Infrastrukturen um drohnengestützte Inspektionen. Drohnen können Stromleitungen, Windturbinen und andere Generatoren und Getriebe leicht überfliegen und visuell scannen – Aufgaben, die sonst manuell durchgeführt werden müssten oder gar nicht machbar wären. Das Drohnen-Mantra schneller, billiger und sicherer macht ihren Einsatz für Stromanbieter besonders attraktiv.

Die Agrarindustrie ist eine weitere bahnbrechende Branche für Drohnen. Große landwirtschaftliche Betriebe verlassen sich bereits auf IoT-verbundene Sensoren, um Bewässerung, Bodenqualität und andere wichtige Kennzahlen zu messen. Aber viele Farmen haben ihre Arsenale um drohnengestützte Sensorik erweitert. Die Drohnen sammeln einige der gleichen Informationen wie die angeschlossenen Sensoren, können jedoch mit Daten, die mit fortschrittlichen Techniken wie Infrarotfotografie und anderen Luftbildern gesammelt wurden, über grundlegendere Informationen hinausgehen.

Auch die Bau- und Versicherungsbranche eignet sich hervorragend für die Drohnentechnologie, da sie es ihnen ermöglicht, Baustellen und Bauwerke einfach und ohne Anwesenheit von Arbeitern vor Ort zu inspizieren.

Bry von Skydio beschrieb, wie das Verkehrsministerium von North Carolina Skydio-Hardware und -Software verwendet, um die Unterseiten und Tragstrukturen von Brücken zu inspizieren.

„Dies ist ein Anwendungsfall, bei dem wir in der Vergangenheit einen sogenannten Snooper-Truck verwendet haben, eine riesige Maschine, die oben auf der Brücke fährt und dann eine Person darunter an einem großen Kragarm hängt, was sehr ist teuer und gefährlich.“ sagte Bry.

Unnötig zu erwähnen, dass durch die Verwendung einer Drohne anstelle des Snooper-Trucks ein Großteil der Kosten und Gefahren des vorherigen Ansatzes vermieden wurde. Die Fähigkeit der Skydio-Drohne, autonom zu arbeiten, ist in diesem Fall entscheidend, da die Drohne möglicherweise außerhalb der Sichtlinie des Bedieners fliegen muss.

Drohnennutzlasten

Angesichts der Vielzahl von Aufgaben, die Drohnen bewältigen können, müssen sie spezielle Ausrüstung tragen, um sowohl Daten zu sammeln als auch die Daten zur Analyse an IoT-Endpunkte oder andere Einrichtungen zu übertragen.

Die grundlegende Drohnenausrüstung umfasst Navigations- und Kommunikationsgeräte wie GPS und Wi-Fi oder LTE-Funkgeräte zur Datenübertragung.

Kameras – von Foto- und Videokameras bis hin zu komplexeren Bildgebungsgeräten – sind ebenfalls grundlegende Komponenten des Toolsets von Drohnen. Abhängig von ihrer Anwendung können Drohnen auch Wärme- oder Feuchtigkeitssensoren mit sich führen. Bilddaten können jetzt in Echtzeit verarbeitet werden, sodass Drohnen wie jedes andere Datenerfassungsgerät aussehen, das an ein IoT angeschlossen ist.

Drohnen können auch zum Transport von Waren verwendet werden, wie Amazons Tests zur drohnenbasierten Lieferung von Online-Verkaufsartikeln am deutlichsten zeigen.

Überlegungen zur Drohnenimplementierung

Drohnen sind normalerweise mit zwei Arten von Software ausgestattet. Die Software, die eng mit der Drohnen-Hardware gekoppelt ist, manipuliert die Drohne und die Ausrüstung, um sie in der Höhe zu halten, während sie mit einem Operator verbunden wird, der die Flugbahn der Drohne steuert. Die zweite Art von Software ist die Anwendung – die Programme, die es der Drohne ermöglichen, ihre spezifische Aufgabe zu erfüllen und relevante Informationen zu sammeln.

Derzeit gibt es keine Standards für die Steuerung oder die Anwendungssoftware, daher muss sich ein potenzieller Käufer bewusst sein, dass die Anwendungssoftware normalerweise angepasst werden muss, um mit der Drohne eines bestimmten Herstellers und deren Basisbetriebssystem zu arbeiten. Daher müssen Sie sicherstellen, dass die benötigte Software auch tatsächlich auf der Drohnenhardware läuft, die Sie erwerben wollten. Skydio beispielsweise vermarktet mit seinen Drohnen einige Anwendungssoftware wie Skydio 3D Scan und Skydio House Scan und arbeitet auch mit Drittanbietern von Drohnensoftwareherstellern für andere Anwendungen zusammen. Und natürlich muss ein potenzieller Benutzer bestätigen, dass das Format der Daten, die die Drohne sammelt und verbreitet, mit anderen Formaten übereinstimmt, die derzeit von den bereits vorhandenen Datenanalyseprogrammen verwendet werden. Möglicherweise sind einige Integrationsarbeiten erforderlich.

Jeder Hersteller hat im Allgemeinen seine eigenen SDKs [Software Development Kits], die als APIs [Application Programming Interfaces] fungieren, sodass Sie unterschiedliche Apps installieren, unterschiedliche Steuerelemente haben und unterschiedliche Automatisierungen haben“, bemerkte Benowitz.

Eine weitere Überlegung ist die Art der Kommunikation, mit der die Drohne ausgestattet ist, und wie leicht sie sich in ein vorhandenes IoT oder eine andere vernetzte Umgebung integrieren lässt.

„Es gibt proprietäre Kommunikationsformen, und der Großteil der Kommunikation von Drohne zu Fernbedienung ist proprietär“, sagte Benowitz, „und im Allgemeinen ist sie unter AES-256 verschlüsselt.“

Während die meisten Drohnen Wi-Fi oder eine proprietäre Variante dieses Standards verwenden, ist LTE-Breitband eine drohende Alternative. Dies könnte durch die Integration eines SIM-Chips in die Drohne ermöglicht werden, der es ihr ermöglichen würde, die 4G- oder 5G-Technologie zu nutzen, um ihre Betriebsreichweite erheblich zu erweitern.

„Ich denke, LTE wird im Laufe der Zeit zu einem wirklich entscheidenden Bestandteil für die Branche“, sagte Bry von Skydio.

Die Reichweitenerhöhung ist nicht nur eine technologische Hürde. Die FAA-Bestimmungen begrenzen derzeit das Fliegen von Drohnen „außerhalb der Sichtlinie“ und über Personen oder in der Nacht. Der Betrieb einer Drohne unter einer dieser Bedingungen erfordert eine Verzichtserklärung der FAA und möglicherweise das Bestehen eines Tests, der die Pilotenfähigkeiten eines Betreibers demonstriert.

Ein weiteres Reichweitenproblem ist die Akkulaufzeit. Der Akku muss den Flug sowie die Datenerfassung und -übertragung der Drohne mit Strom versorgen, daher bedeutet eine kurze Akkulaufzeit kürzere und häufigere Missionen. Die Batterietechnologie hat sich verbessert und – wie bei anderen batteriefähigen Transportgeräten – erfährt die Technologie viel Aufmerksamkeit und Entwicklung. Das französische Unternehmen xSun versucht, das Batterieproblem zu lösen, indem es seine Drohnen mit Solarzellen ausstattet.

„Ich würde sagen, für die meisten Anwendungen ist die Akkulaufzeit kein großes Problem“, bemerkte Benowitz. „Wenn Sie eine automatisierte Bildgebungsmission durchführen, sind die Drohnen so automatisiert, dass sie, wenn Sie die Batterien wechseln müssen, einfach zurückkommen, Sie die Batterie austauschen und sie wieder ihre Arbeit aufnehmen.“

Zu den weiteren Entwicklungen, auf die Sie achten sollten, gehören ausgeklügelte Docking-Geräte, die autonome Drohnen aufladen und starten können, und Verkehrsmanagementsysteme, die eine ausgefeiltere Flugsteuerung ermöglichen.

Preisaufkleber für Drohnen variieren

Angesichts ihrer Leistungsfähigkeit in bestimmten Umgebungen können Drohnen äußerst wirtschaftliche Lösungen sein – insbesondere wenn die Alternativen bemannte Flüge in Hubschraubern oder anderen Flugzeugen sind.

Die Kosten einer Drohne hängen weitgehend von ihrer Anwendung ab – was sie tun soll, wie lange und unter welchen Bedingungen. Allerdings kann eine kommerzielle Drohne fast so günstig wie ein Verbrauchermodell sein und etwa tausend Dollar kosten. Drohnen, die für den industriellen Gebrauch bestimmt sind, sind natürlich teurer, fallen aber im Allgemeinen immer noch in den Bereich „Tausende Dollar“ und nicht Zehntausende.

„Es gibt eine große Bandbreite – die Mehrheit der Käufe bewegt sich jedoch immer noch in der Preisspanne von 1.000 bis 2.000 US-Dollar“, sagte Benowitz.

Für die meisten Unternehmen würde dieser geringe Preis Drohnen zu einer sehr erschwinglichen Alternative als Ergänzung zu einer IoT/IIoT-Infrastruktur machen.