In jüngster Vergangenheit haben Drohnen vor allem als Waffen im Kriegseinsatz Schlagzeilen gemacht. Dabei können sie auch für friedliche Zwecke eingesetzt werden und unter Umständen sogar Leben retten. Alena Otto, Professorin für Operation & Technology am TUM Campus Heilbronn, hat mit ihrem Forschungsteam den optimalen Einsatz von Drohnen bei Naturkatastrophen untersucht. Wenige Minuten können hierbei über Leben und Tod entscheiden.
Auf lange Trockenphasen folgen Starkregen, immer mehr Stürme fegen über Landschaften hinweg und hinterlassen eine Spur der Zerstörung. Der Klimawandel verändert die Natur nachhaltig und führt zu extremen Wetterlagen, die nur schwer zu bewältigen sind. In der Folge sind Straßen und Wege teilweise blockiert oder unpassierbar. Hilfslieferungen per Lastwagen erreichen ihr Ziel dadurch verspätet oder gar nicht. Abhilfe kann hier der richtige Einsatz von Drohnen schaffen.
Das Problem des Handlungsreisenden
Alena Otto berechnete in einer Simulation drei Varianten des „Traveling Salesman Problems with Drone Integration“ (TSP-DI). Bei dem „Problem des Handlungsreisenden“ handelt es sich um eine Konstellation aus den Forschungsbereichen Operations und Informatik. Das Ziel besteht darin, dass jede Reisestation des „Handlungsreisenden“ nur einmal angefahren und die Fahrt dadurch effektiv, schnell und günstig wird. Neben dem klassischen Logistikbereich wird diese Methode auch beim Design von Mikrochips angewendet.
Otto und ihr Team widmeten sich dieser Aufgabe im Rahmen der Optimierung von Hilfslieferungen in Krisengebieten. In der ersten, optimistischsten Variante werden Lkw und Drohne sofort losgeschickt – in der Hoffnung, dass alle Wege frei sind. Stoßen die Transporte auf ein Hindernis, wird spontan neu entschieden, wie es weitergeht – es findet also eine Re-Optimierung statt. In der zweiten, konservativen Variante erfolgen alle Lieferungen ausschließlich mit Drohnen, deren Kapazität natürlich begrenzt ist. Sie kommen sicher zum Ziel, aber haben begrenzte Kapazitäten für Lebensmittel oder Arznei. In der dritten Variante fungiert die Drohne zunächst als Späher, um die ideale Route zu ermitteln, bevor der Lkw seine Hilfsmission startet.
Gemeinsam Schneller zum Ziel
Das Ergebnis: Mit der dritten Variante wurde das beste Gleichgewicht zwischen Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit erzielt. Der anfängliche zusätzliche Zeitaufwand gleicht sich durch die Wahl des optimalen Weges wieder aus. Die Simulation zeigt, dass sich die Vorarbeit am Ende auszahlt und bietet wichtigen Input für Hilfsorganisationen, die in Krisenregionen im Einsatz sind. Hybride Strategien scheinen in diesem Fall Trumpf zu sein.
In der September-Ausgabe setzte das renommierte IISE-Journal (Institute of Industrial and Systems Engineers) noch einmal ein besonderes Highlight auf die Forschungsergebnisse. An dem dazugehörigen Paper „On delivery policies for a truck-and-drone tandem in disaster relief” arbeitete Alena Otto mit ihren Kolleginnen und Kollegen Bruce Golden, Catherine Lorenz, Yuchen Luo, Erwin Pesch und Luis Aurelio Rocha.