KI besiegt menschliche Drohne

Körperliche Sportarten stellen für die KI eine größere Herausforderung dar, da sie weniger vorhersehbar sind

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Ein künstliches Intelligenzsystem hat einen wichtigen Meilenstein erreicht, indem es mehrere Rennen gegen drei Weltklasse-Champions im Drohnenrennsport gewonnen hat. Dies ist das erste Mal, dass KI Menschen in einer physischen Sportart besiegt hat.

Das KI-System namens Swift, das von Forschern der Universität Zürich in Deutschland und Intel entwickelt wurde, könnte seine Fähigkeiten bei First-Person-View-Drohnenrennen (FPV) unter Beweis stellen – einem Sport, bei dem Piloten Quadrocopter mit Geschwindigkeiten von über 100 km/h fliegen.

Bisher haben KI-Systeme eine Reihe bemerkenswerter Siege über Menschen in einer Reihe strategiebasierter Spiele errungen, darunter Deep Blue von IBM, der 1996 im Schach gegen Gary Kasparov gewann, und AlphaGo von Google, das den Top-Go-Champion Lee Sedol besiegte.

Allerdings stellen körperliche Sportarten eine größere Herausforderung für die KI dar, da sie weniger vorhersehbar sind als Brett- oder Videospiele.

„Wir kennen die Drohnen- und Umgebungsmodelle nicht perfekt, daher muss die KI sie durch Interaktion mit der physischen Welt erlernen“, erklärt Davide Scaramuzza, einer der Autoren der Studie von der Universität Zürich.

Bisher brauchten KI-gesteuerte autonome Drohnen für den Flug über Rennstrecken doppelt so lange wie von Menschen gesteuerte Drohnen, sofern ihre Flugbahnen nicht mithilfe eines externen Positionsverfolgungssystems präzise gesteuert wurden.

Aber die neue KI-Drohne Swift, die in einer neuen Studie in der Zeitschrift Nature beschrieben wird, hat gezeigt, dass sie in Echtzeit auf die von einer Bordkamera gesammelten Daten reagieren kann, genau wie die, die menschliche Rennfahrer in diesem Sport verwenden.

Sensoren an der Drohne messen Beschleunigung und Geschwindigkeit, während das KI-System die Daten der Kamera nutzt, um die Drohne im Weltraum zu orten und die Tore entlang der Rennstrecke zu erkennen.

Eine ebenfalls auf KI basierende Steuereinheit in der Drohne wählt dann die beste Aktion aus, um die Rennstrecke so schnell wie möglich zu beenden.

Forscher sagen, dass sich die Swift-Drohne durch Versuch und Irrtum darauf trainiert hat, in einer simulierten Umgebung zu fliegen.

Mithilfe von Simulationen könnten Wissenschaftler vermeiden, dass mehrere Drohnen in den frühen Phasen des Lernens zerstört werden, wenn das System häufig abstürzt.

„Um sicherzustellen, dass die Konsequenzen von Aktionen im Simulator denen in der realen Welt so nahe wie möglich kommen, haben wir eine Methode entwickelt, um den Simulator mit realen Daten zu optimieren“, sagte der Erstautor der Studie, Elia Kaufmann.

Während der Testphase flog die Drohne autonom unter Verwendung sehr präziser Positionen, die von einem externen Positionsverfolgungssystem bereitgestellt wurden, und zeichnete gleichzeitig Daten von ihrer Kamera auf.

Durch den Vergleich der beiden Datensätze könnte Swift lernen, Fehler bei der Interpretation der Informationen der Bordsensoren automatisch zu korrigieren, sagen Wissenschaftler.

Die KI war bald bereit, einige der weltbesten menschlichen Drohnenpiloten herauszufordern – den Drone Racing League-Champion 2019 Alex Vanover, den MultiGP Drone Racing-Champion 2019 Thomas Bitmatta und den dreifachen Schweizer Meister Marvin Schaepper.

Die Rennen fanden im Juni 2022 auf einer eigens dafür errichteten Strecke in einem Hangar am Flughafen Dübendorf bei Zürich statt

Bei Rennen, die zwischen dem 5. und 13. Juni 2022 auf einer speziellen Strecke in einem Hangar des Flughafens Dübendorf bei Zürich stattfanden, erzielte Swift die schnellste Runde mit einem Vorsprung von einer halben Sekunde vor der besten Runde eines menschlichen Piloten.

Die etwa 25 mal 25 Meter große Sonderstrecke bestand aus sieben quadratischen Toren, die in der richtigen Reihenfolge passiert werden mussten, um eine Runde zu absolvieren.

Die Drohnen mussten herausfordernde Manöver ausführen, um die Strecke erfolgreich zu absolvieren, darunter eine akrobatische „Split-S“-Funktion, bei der die Drohne halb gerollt und mit voller Geschwindigkeit eine absteigende Halbschleife ausgeführt wird.

Während Swift die schnellste Runde fahren konnte, sind Menschen anpassungsfähiger als die KI-Drohne, die versagte, als die Bedingungen anders waren als die, für die sie trainiert wurde, sagen Wissenschaftler.

Sie fügen jedoch hinzu, dass der neue Durchbruch im KI-Flug einen wichtigen Schritt über den Drohnenrennsport hinaus darstellt.

„Drohnen haben eine begrenzte Batteriekapazität; Sie benötigen den größten Teil ihrer Energie, um in der Luft zu bleiben. Indem wir also schneller fliegen, erhöhen wir ihren Nutzen“, sagte Dr. Scaramuzza.

Wissenschaftlern zufolge könnte die neue Forschung zu besseren Drohnen für die Waldüberwachung oder die Erkundung des Weltraums führen, und in Fällen, in denen schnelles Fliegen wichtig ist, um große Räume in begrenzter Zeit abzudecken.

Sie sagen, schnelle KI-Drohnen könnten auch für die Aufnahme von Actionszenen in Filmen eingesetzt werden und könnten auch für Rettungsdrohnen, die in ein brennendes Gebäude geschickt werden, „einen großen Unterschied machen“.

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Die Rennen fanden im Juni 2022 auf einer eigens dafür errichteten Strecke in einem Hangar am Flughafen Dübendorf bei Zürich statt

Regina Sablotny

Swift wurde in einer simulierten Umgebung trainiert, in der sich das System das Fliegen nach dem Prinzip von Versuch und Irrtum selbst beibrachte

Leonard Bauersfeld

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