Bionic collision sensor system for unmanned aerial vehicles (UAV)

The present project aims to evaluate the usability of a bionic sensor system for possible future applications in the field of unmanned aerial vehicles. The main focus is on an innovative sensor concept derived from nature for motion detection, collision detection and collision avoidance, which is superior to the systems used today and could therefore be highly attractive for future applications. The starting point is the sophisticated collision avoidance system of the migratory locust. The locust's two compound eyes cover a large angular range with low spatial resolution and their neural structure can be used to detect objects on a collision course and initiate an evasive maneuver in the shortest possible time. This bionic sensor system represents a fundamentally new technical solution concept that is not based on the camera, radar or lidar systems previously used for environmental detection. In a further variant, the solution combines a sophisticated optical concept with robust and fast signal processing, which, in comparison to systems used today, should not only result in a short sensor response time but also in weight and energy savings. The key innovations of the sensor concept to be researched are compact, lightweight and easily adaptable design, suitability for a wide speed range, usable in the VIS / NIR range (light, dark, day, night), configurable on-the-fly (e.g. shifting the "attention focus" of the sensor depending on speed and direction).
Such collision avoidance systems in the form of bionic locust eyes could in future be able to prevent collisions between aircraft in a relatively simple way and also increase the area of ​​application, especially for unmanned aerial vehicles such as drones. This evaluation should ultimately provide information on whether this technology should be pursued in further projects. In particular, the most comprehensive assessment possible should create a broad basis for decision-making. This is done, for example, by evaluating short/medium/long range applications, since different advantages and disadvantages can come into play in different application areas. For example, weight or cost will be more important for short range applications than for long range applications.

[Original text]
"Bionisches Kollisionssensorsystem für Unmanned Aerial Vehicles (UAV)"
Das vorliegende Projekt soll die Nutzbarkeit eines bionischen Sensorsystems für mögliche zukünftige Anwendungen im Bereich von unbemannten Flugobjekten evaluieren. Hauptaugenmerk liegt dabei auf einem von der Natur abgeleiteten innovativen Sensorkonzept zur Bewegungserfassung, Kollisionsdetektion und Kollisionsvermeidung, das den heute eingesetzten Systemen überlegen und somit für zukünftige Anwendungen höchst attraktiv sein könnte. Ausgangspunkt ist das ausgeklügelte Kollisionsvermeidungssystem der Wanderheuschrecke. Die beiden Komplexaugen der Heuschrecke erfassen einen großen Winkelbereich mit geringer räumlicher Auflösung und über ihre neuronale Struktur können in kürzester Zeit Objekte auf Kollisionskurs erkannt und ein Ausweichmanöver eingeleitet werden. Dieses bionische Sensorsystem stellt ein grundlegend neues technisches Lösungskonzept dar, das nicht auf den bisher eingesetzten Kamera-, Radar- oder Lidar-Systemen für die Umgebungserfassung aufbaut. In einer weiterführenden Variante kombiniert das Lösungskonzept ein ausgeklügeltes optisches Konzept mit einer robusten und schnellen Signalverarbeitung, das im Vergleich zu heute eingesetzten Systemen neben einer kurzen Sensorreaktionszeit auch Gewichts- und Energieersparnis mit sich bringen soll. Die zu erforschenden wesentlichen Innovationen des Sensorkonzepts sind kompaktes, leichtes und gut adaptierbares Design, Eignung für einen großen Geschwindigkeitsbereich, einsetzbar im VIS / NIR Bereich (hell, dunkel, Tag, Nacht), on-the-fly konfigurierbar (z.B. Verschieben des „Aufmerksamkeitsfokus“ des Sensors je nach Geschwindigkeit und Richtung). 
Solche Kollisionsvermeidungssysteme in Form von bionischen Heuschreckenaugen könnten in Zukunft in der Lage sein, auf relativ einfache Weise Kollisionen von Flugzeugen, zu verhindern und darüber hinaus den Einsatzbereich insbesondere von unbemannten Flugobjekten, wie etwa Drohen zu erhöhen. Diese Evaluierung soll letztlich Aufschluss darüber geben ob diese Technologie in weiterführenden Projekten weiterverfolgt werden soll. Insbesondere soll durch eine möglichst umfassende Beurteilung eine breite Entscheidungsbasis geschaffen werden. Dies geschieht etwa durch die Evaluierung auf der Basis short/medium/long range Anwendungen, denn in den unterschiedlichen Anwendungsbereichen können auch unterschiedliche Vor- und Nachteile zum Tragen kommen. So werden etwa Gewicht oder Kosten für short range Anwendungen von zentralerer Bedeutung sein als für long range Anwendungen.