swarmOS

swarmOS ist ein leistungsfähiges Betriebssystem zur Steuerung großer Schwärme von UAVs (fliegende Drohnen) und UGVs (am Boden fahrende Drohnen), das vom Ars Electronica Futurelab entwickelt und ständig erweitert wird.

Es basiert auf der Pionierarbeit des Futurelab-Teams zu Drohnenschwärmen: Im Jahr 2012 wurde die weltweit erste Outdoor-Drohnen-Lichtshow Spaxels bei der Klangwolke in Linz uraufgeführt. In den folgenden Jahren legten die Entwicklungs- und Performance-Teams der Spaxels den Grundstein für eine ganz neue Branche: Drohnen-Performances.

Darüber hinaus entwickelte unser Team die Technologie kontinuierlich weiter: als Möglichkeit für Roboterkollektive, auf natürliche Weise mit Menschen zu interagieren und Schwärmen Anpassungsfähigkeit, Flexibilität, Skalierbarkeit, Widerstandsfähigkeit und schließlich Intelligenz zu verleihen. Aus diesem Grund haben wir 2017 swarmOS entwickelt.

Stetige Weiterentwicklung

swarmOS besteht aus zwei Kernbestandteilen: Ground Control, einer leistungsstarken Anwendung, über die die Anwender*innen stets die Kontrolle über den Schwarm behalten, und einem Implantat, einem kleinen Gerät, das an jeder Drohne oder jedem Roboter im Schwarm angebracht wird, um sie mit Ground Control zu verbinden. Unter Verwendung standardisierter Protokolle und Hardwareschnittstellen fungiert swarmOS als Vermittler zwischen komplexen, sich schnell entwickelnden Fahrzeugen und einer Schwarmlogik, die konsistent bleiben muss und eine zuverlässige Grundlage für die Gestaltung von Szenarien bietet, von Drohnen-Lichtshows bis hin zu vielen anderen Anwendungsfällen. Das System hat sich aus der Spaxels-Technologie entwickelt und wurde in späteren Futurelab-Projekten wie Stream of Hope, bei dem Bodenroboter für künstlerische Darbietungen eingesetzt werden, und Space Ink , wo Drohnen zur Erstellung von Lichtgemälden oder zum Auftragen von Acrylfarben auf eine Leinwand eingesetzt werden, verwendet.

Futurelab-Forscher arbeiten weiterhin an neuen Funktionen für swarmOS. Im Jahr 2018 wurden Ground Control und swarmOS in Version 2 veröffentlicht. Nun sind handelsübliche Drohnen und Bots mit spezifischen Protokollen mit swarmOS kompatibel, alternativ steht das Futurelab-eigene Protokoll zur Implementierung in die Fahrzeug-Firmware zur Verfügung. Ground Control bietet nicht nur den Einsatz von Live-Drohnen, sondern auch Simulationen und eine Kombination aus beidem – ein wesentliches Feature für neue Szenarien und Choreographien. Die modulare Benutzeroberfläche umfasst verschiedene 3D-Übersichts- und Steuerungsoptionen sowie eine kompakte Darstellung jeder Drohne mit hervorgehobenen Informationen und die Möglichkeit, noch mehr Details und Konfigurationsoptionen hinzuzufügen.

Im Jahr 2022 wurde eine modulare Kommunikationsarchitektur eingeführt, die den Schwarm von einem ortsgebundenen, störungsanfälligen Funksystem befreit und es ihm ermöglicht, sich in verschiedenen Konfigurationen auf mobile Datenverbindungen zu stützen. Sie bietet eine Grundlage für unsere eigenen neuen Schwarm-Projekte und eine verlockende Option für Unternehmen, die Schwärme auf eine Art und Weise nutzen wollen, die über eine reine Drohnen-Lichtshow hinausgeht.

Chancen und Herausforderungen

Drohnen sind vielleicht das auffälligste Beispiel, aber es sind noch viele weitere Roboterkollektive denkbar: Schwärme von Bodenfahrzeugen, die stundenlang mit einer einzigen Batterieladung fahren können, um große Gebiete zu erkunden, Menschen zu führen oder Gegenstände zu transportieren; Gruppen von Laufrobotern, die in schwierigem Gelände navigieren; oder sogar Flotten von autonomen Booten und U-Booten.

Alle diese Szenarien haben viele gemeinsame Herausforderungen: Das Gleichgewicht zwischen der Autonomie des Schwarms und der garantierten Kontrolle durch menschliche Anwender*innen; die Möglichkeit, das Verhalten von Schwärmen zu gestalten und zu entwerfen, unabhängig davon, ob es sich um homogene Schwärme oder eine Mischung aus verschiedenen Fahrzeugtypen handelt; die Aufrechterhaltung einer zuverlässigen Kommunikation in unvorhersehbaren räumlichen Umgebungen. swarmOS zielt darauf ab, all diese Herausforderungen zu bewältigen.

Lesen Sie mehr über swarmOS auf der Website swarms+art, die der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Arbeit des Ars Electronica Futurelab in diesem Bereich gewidmet ist.

Am Ars Electronica Blog können Sie in einem Interview mit Peter Holzkorn vom Ars Electronica Futurelab und Hiroshi Chigira von NTT mehr über swarmOS erfahren.

Credits

Ars Electronica Futurelab: Horst Hörtner, Peter Holzkorn, Simon Schmid, Daniel Rammer, Manuel Dobusch, Samuel Eckl, Patrick Berger, Raphael Schaumburg-Lippe, Otto Naderer, Hideaki Ogawa, Stephan Feichter