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Physik | Technik
Julian Weber, 2003 | Zürich, ZH
Sobald man in eine Lawine gerät, läuft die Uhr. Die Überlebenschancen sinken mit der Zeit drastisch. Um in dieser knappen Zeit ein Lawinenopfer so schnell wie möglich zu retten, entwickelte ich im Rahmen dieser Arbeit ein System, das eine Rettung effizienter gestalten kann. Ein logischer Schritt, dies zu erreichen, ist die Verlagerung der Kameradensuche in die Luft mittels einer Drohne. In Zukunft könnte eine Minidrohne, die man stets bei sich trägt wenn man abseits der Skipiste unterwegs ist, eine solche Suche autonom vollbringen. In dieser Arbeit entwickelte ich einen ersten funktionsfähigen Prototypen, der unter einer Drohne angebracht werden kann. Er wird über eine Lawine getragen und sendet die gesammelten Daten an die Bodenstation des Suchenden, wo sie grafisch dargestellt werden. Die Arbeit beschäftigt sich hauptsächlich mit meiner Vorgehensweise, ein funktionierendes Produkt zu entwickeln, aber sie liefert auch einen Blick in die Zukunft der Bergrettung.
Fragestellung
Die zentrale Frage dieser Arbeit ist: «Wie gestalte ich ein System, das von der Luft aus selbstständig ein Lawinenopfer detektieren kann?» Neben dieser fundamentalen Frage stellen sich zudem sehr viele Fragen an die konkret verwendete Technik. Diese entdeckte ich erst im Prozess selbst und versuchte sie jeweils zu beantworten.
Methodik
In dieser Arbeit konzentrierte ich mich auf die Suche mit sogenannten Lawinenverschüttetensuchgeräten (kurz LVS). Diese senden aktiv Signale aus und können von einem äquivalenten Gerät geortet werden. Ein programmierbarer Arduino-Mikrokontroller erlaubt es mir, Datenwerte aus dem suchenden LVS auszulesen. Der Arduino misst die Spannung am analogen Lautsprecherausgang und entscheidet anhand des Musters, ob ein verschüttetes LVS detektiert wurde. Diese Daten werden mit der Position verknüpft und drahtlos an den Boden verschickt, wo sie auf einer eigens von mir in der Sprache Processing geschriebenen Benutzeroberfläche auf einer Landkarte dargestellt werden. Dies ermöglicht eine effiziente und anschauliche Ortung.
Ergebnisse
Abschliessend kann ich sagen, dass mein Prototyp funktionsfähig ist. Unter optimalen Bedingungen detektiert mir mein System ein sendendes LVS im Umkreis und circa zehn Metern. Zudem funktionieren alle Subsysteme wie die Datenübertragung, die grafische Darstellung und die Hardware einwandfrei. Bei meiner Umsetzung liegt das Hauptproblem darin, dass die Suchreichweite erheblich reduziert wird, sobald das System unter der fliegenden Drohne operiert, nämlich auf unter einen Meter.
Diskussion
In diesem Stadium kann ich noch nicht von einem einsatzfähigen System sprechen, da die Praktikabilität nicht gegeben ist: Einerseits sehe ich die Zukunft in einem miniaturisierten System. Mit seiner jetzigen Grösse ist mein Produkt noch sehr begrenzt einsetzbar. Andererseits ist eine reale Suche mit der stark reduzierten Reichweite nur sehr beschränkt möglich. Dieses Problem hat höchstwahrscheinlich folgende Ursache: Mein Gerät ist sehr nahe an der Drohne, die kontinuierlich mit Antennen kommuniziert. Diese Antennen interferieren mutmasslich stark. Zudem erzeugen die vier leistungsstarken Elektromotoren erhebliche elektromagnetische Felder. Diese Faktoren stören das suchende LVS massiv. Die primäre Weiterentwicklung wäre demnach die Behebung dieser Probleme, unter anderem durch Abschirmen, Filtern und durch Distanzieren der Suchantenne von der Drohne. In einem weiteren Schritt kann die Evolution zur portablen Minidrohne erfolgen.
Schlussfolgerungen
Ich habe gezeigt, dass es durchaus möglich ist, eine Suche nach Lawinenopfern aus der Luft zu gestalten. Dennoch sehe ich mein Produkt noch nicht als ausgereift an. Zuerst muss es praktisch einsetzbar werden: Ich würde gerne den Horizont der Suche erweitern. Würde man andere Suchmethoden einbeziehen (RECCO, Handy usw.), ist der Erfolg viel wahrscheinlicher. Am Ende dieser Arbeit kann ich sagen, dass ich einen wichtigen Zwischenschritt in der Evolution zum fertigen Produkt geleistet habe. Somit habe ich die Ziele erreicht, die ich mir selbst in dieser Arbeit gestellt habe. Ich schuf ein funktionierendes Endprodukt und machte demnach wichtige Erfahrungen, was die Weiterentwicklung des Produkts betrifft.
Würdigung durch den Experten
Andreas Reinhard
«Wieso kann mein LVS (Lawinenverschütteten-Suchgerät) eigentlich nicht fliegen», fragte sich Julian folgerichtig, nachdem ihm bei seiner Recherche bei professionellen Rettern wie der REGA rasch klar wurde, dass bei der Suche nach Lawinenverschütteten jedes noch so raffinierte System wertlos ist, wenn es zu spät kommt. Keck wie sorgfältig realisierte und testete er auf der Basis einer kaufbaren, noch etwas sperrigen Drohne eine Plattform, die ortend autonom mit einer Bodenstation kommuniziert. Und plant akribisch bereits eine «tourentaugliche» Variante, die selbst Verschüttete ohne LVS findet.
Prädikat:
hervorragend
Sonderpreis Aldo e Cele Daccò – European Union Contest for Young Scientists (EUCYS)
Rämibühl-Literargymnasium, Zürich
Lehrer: Beda Brun del Re