HORYZN

Jeder hat bereits Drohnen gesehen, die für Luftaufnahmen, vielleicht sogar für Gebäudeinspektionen, eingesetzt werden. Aber stellen Sie sich eine Drohne vor, die Leben retten kann.

Eine Gruppe von Studierenden von HORYZN, Teil des NEXT Prototypes E.V. Vereins – einer gemeinnützigen Studentenorganisation der Technischen Universität München (TUM) in Deutschland – konzipiert eine solche Drohne. Das vertikal startende und landende Elektroflugzeug (eVTOL) von HORYZN kann einen Defibrillator doppelt so schnell an einem Notfallort absetzen, wie ein Krankenwagen auf der Straße. Dadurch wird die Überlebenschance eines Patienten, der einen Herzstillstand erleidet, um das Dreifache erhöht.

„Wir haben viele blinde Flecken festgestellt, wenn es um Notfallreaktionszeiten geht, insbesondere in ländlichen Gebieten“, sagt Seongmin Park, Leiter für computergestütztes Design (CAD) bei HORYZN. „Die Zeit, die der Rettungsdienst benötigt, um am Zielort anzukommen, kann bis zu 20 Minuten betragen.“

20 Minuten sind allerdings zu lang, wenn man bedenkt, dass ein Defibrillator innerhalb von fünf Minuten eingesetzt werden muss, um seine höchste Wirksamkeit zu erzielen. Wenn Defibrillatoren innerhalb dieses kritischen Zeitraums eingesetzt werden, können sie die Überlebensrate bei einem Herzstillstand außerhalb eines Krankenhauses von weniger als 10 Prozent auf 70 Prozent erhöhen. Es zählt also jede Minute.

Die Drohne von HORYZN, die Teil des Projekts „Mission Pulse“ ist, wurde mithilfe der 3DEXPERIENCE Plattform in der Cloud von Dassault Systèmes entwickelt, getestet und validiert. Die eVTOL-Drohne profitiert von der Vielseitigkeit eines Quadrocopters, der vertikal starten und landen kann, sowie von der Geschwindigkeit und der Effizienz des aerodynamischen Auftriebs, den man von einem fliegenden und kreuzenden Flugzeug erhält.

„Unser Fluggerät benötigt keine Landebahn“, so Park. „Wir haben acht Koaxialmotoren, die es der Drohne erlauben, vertikal zu starten und zu landen, sowie zwei Propeller an den Flügelspitzen, die den Horizontalflug ermöglichen. Das bedeutet, dass der Platz keine Einschränkung darstellt. Das Fluggerät kann überall fliegen.“

Das ist nicht das einzige Alleinstellungsmerkmal der Drohne – sie ist auch schnell. „Unser einzigartiges Fluggerät kann eine Nutzlast von zwei Kilogramm bei einer Geschwindigkeit von 120 Kilometern pro Stunde transportieren“, sagt Lucas Lindner, Geschäftsführer von HORYZN. „Da der Rumpf und die Flügel aus Kohlefaser bestehen, wiegt es nur 22 Kilogramm.“

Die Drohne kann auch über längere Zeit schweben, so dass ein Bediener den Defibrillator sicher von der Drohne auf einen Patienten absetzen kann. „Eine der Herausforderungen für Mission Pulse besteht darin, dass wir aufgrund verschiedener Vorschriften eine Drohne nicht in unmittelbarer Nähe von Unbeteiligten landen dürfen“, so Leonard Aupperle, Projektleiter von Mission Pulse bei HORYZN.

Sobald der Defibrillator vor Ort ist, kann ihn jeder problemlos nutzen – auch ohne eine ausgebildete medizinische Fachkraft. Denn moderne Defibrillatoren liefern nach dem Einschalten gesprochene Schritt-für-Schritt-Anweisungen.

HORYZN wurde im Jahr 2019 unter dem Motto „Prototyping the aerospace of tomorrow“ gegründet. „Unsere erste Mission, 'Silencio Gamma', bestand darin, eine eVTOL-ähnliche Drohne zu entwickeln, die möglichst energieeffizient über eine vorgegebene Flugbahn fliegen und dabei bestimmte Manöver ausführen kann“, so Aupperle. „Das eVTOL musste eine Nutzlast mit einem bestimmten Gewicht und Volumen tragen.“

Während HORYZN die Mission Silencio Gamma erfolgreich abschloss, erkannte das Unternehmen, dass es für die Fortsetzung der Mission Pulse eine 3D-Modellierungssoftware benötigen würde. „Die TUM verfügte bereits über einige CATIA V5-Lizenzen. Daher setzten wir uns mit Dassault Systèmes in Verbindung, um zu erfahren, ob das Unternehmen weitere Nutzer sponsern würde“, berichtet Seongmin Park. „Nach einem Gespräch mit dem Education-Team von Dassault Systèmes wurde jedoch schnell klar, dass wir viel mehr bewirken könnten, wenn wir die 3DEXPERIENCE Plattform in der Cloud von Dassault Systèmes einsetzen.“

Das Education-Team von Dassault Systèmes veranschaulichte, wie die HORYZN-Studierenden alles notwendige – darunter Projektmanagement sowie Möglichkeiten zur Zusammenarbeit – über die verschiedenen Prozesse hinweg, von der ersten Idee bis zur Prototypenerstellung und -validierung, innerhalb derselben cloudbasierten Plattform erledigen konnten. „Bis zu diesem Zeitpunkt arbeiteten wir alle unabhängig voneinander mit unterschiedlichen Softwarelösungen und Plattformen für die verschiedenen Teile des Entwicklungsprozesses“, so Park. „Wir erkannten, dass wir mit der 3DEXPERIENCE Plattform in der Cloud viel effizienter arbeiten konnten.“

Dassault Systèmes sponserte den Zugang des HORYZN-Teams zu seiner 3DEXPERIENCE Plattform. „Die Umstellung von einer Plattform auf eine andere kann sehr schwierig sein“, so Park. „Wir haben jedoch viel Unterstützung erhalten, so dass der gesamte Prozess unglaublich reibungslos verlief.“

Sobald die leitenden Mitglieder des HORYZN-Teams mit der Plattform vertraut waren, konnten sie ein Schulungssystem einrichten. „In den letzten Wochen haben wir eine neue Rekrutierungsphase eingeleitet“, so Park. „Ich habe einen Workshop entwickelt, um den neuen Mitgliedern Wissen zu vermitteln. Die Vorbereitung hat viel Spaß gemacht. Es war einfach, den Ideenprozess hinter den verschiedenen Anwendungen zu erklären, welche auf dem Dashboard angeordnet sind, und wie sie in Verbindung mit Modellierung, Zusammenarbeit und Projektmanagement verwendet werden können. Nachdem ich alles selbst gelernt hatte, war es bereichernd, dieses Wissen weiterzugeben.“

Da die 3DEXPERIENCE Plattform in der Cloud verwaltet wird, gibt es keinen langwierigen Implementierungsprozess. Das HORYZN-Team konnte sofort auf alle benötigten Anwendungen zugreifen. „Durch den Einsatz von CATIA auf der Plattform konnten wir sofort Verbesserungen im Konstruktionsprozess feststellen“, so Aupperle. „Dieser ist nun viel schlanker. Alle Funktionen, die vorher in verschiedenen Tools enthalten waren, befinden sich jetzt an einem Ort.“

Die einzelnen Mitarbeiter arbeiten nicht mehr in Silos. „Vor dieser Implementierung hat jedes Mitglied des Designteams unabhängig voneinander an einem Entwurf auf seinem Gerät gearbeitet“, so Park. „Anschließend luden sie diesen Entwurf in eine App eines Drittanbieters hoch. Die anderen Teammitglieder mussten diese Datei dann manuell auf ihre eigenen Geräte herunterladen, um die Bearbeitung fortzusetzen. Da wir jetzt alle in der gleichen Umgebung arbeiten, müssen wir das nicht mehr tun. Es besteht keine Gefahr mehr, dass die benötigte Datei verloren geht oder beschädigt wird, und wir wissen, dass wir immer an der neuesten Version eines Entwurfs arbeiten. Außerdem sparen wir so eine Menge Zeit, da wir nicht ständig verschiedene Anwendungen öffnen müssen.“

Da alle in derselben Umgebung arbeiten, hat sich die Zusammenarbeit verbessert. „Der optimierte Arbeitsablauf hat dazu geführt, dass jeder den aktuellen Stand eines Projekts kennt“, so Park. „Aus Sicht des Projektmanagements ist das sehr nützlich. Ich kann die Änderungen sehen, die vorgenommen wurden, und schnell erkennen, woran alle arbeiten.“

„Für das Konstruktionsteam ist es ebenfalls wichtig zu sehen, woran das CAD-Team arbeitet, und die verschiedenen Teile nachzuverfolgen, um so die Herstellbarkeit beurteilen zu können“, fügt Aupperle hinzu. „Die 3DEXPERIENCE Plattform macht dies möglich.“ 

Das HORYZN-Team profitiert nun auch von einem integrierten Modellierungs- und Simulationsansatz (MODSIM). Dies bedeutet, dass die Simulation die gesamte Entwicklung der Mission Pulse-Drohne von Anfang bis Ende begleitet. „Die Integration von Modellierung und Simulation hat uns geholfen, unsere Entwürfe zu verbessern und zu verifizieren“, so Aupperle. „Bei der Konstruktion des Rumpfes müssen wir beispielsweise die optimale Art der Lasteinleitung finden. Mit SIMULIA ist es einfach, die Auswirkungen verschiedener Gewichte zu simulieren – und wir können dies bereits in der Ideenphase tun.“

Alle Entwürfe der internen Strukturen der Mission Pulse-Drohne wurden auf diese Weise validiert, was dem HORYZN-Team viel Zeit und Geld ersparte. „Die Möglichkeit, Belastungstests zu simulieren und unsere Entwürfe zu überprüfen, bevor wir die Drohne bauen, war für uns von großer Bedeutung“, so Park. „In der Vergangenheit haben wir einen Prototyp gebaut, und erst als dieser kaputt ging, haben wir bemerkt, dass etwas nicht stimmte. Auf diese Weise haben wir neun oder zehn Prototypen benötigt, was kostspielig und zeitaufwändig war.“

Nach dem Entwurf wurden die verschiedenen Teile der Drohne in einem 3D-Modell zusammengeführt. „Alles passte perfekt zusammen", so Park. „Zu sehen, wie die fertige Drohne zum Leben erwacht, war unglaublich.“

Die bisherigen Rückmeldungen waren äußerst positiv. „Wir haben fantastische Rückmeldungen von großen Industrieunternehmen, Politikern und anderen Organisationen erhalten, die an ähnlichen Projekten arbeiten“, so Lindner. „Auch die Presse hat viel über uns berichtet. Insgesamt sind wir sehr zufrieden mit dem, was wir erreicht haben.“

Das Team von HORYZN arbeitet nun daran, die Betriebsgenehmigung für seine Mission Pulse-Drohne zu erhalten. Durch den Nachweis der Realisierbarkeit der Idee hofft es, dass das Konzept von einem Unternehmen aufgegriffen wird, das es zur Marktreife bringt. „Wir arbeiten mit der Luftfahrtbehörde hier in Deutschland zusammen, um die Betriebsgenehmigung zu erhalten“, sagt Lindner. „Das wird der schwierige Teil sein. Aber die urbane Luftmobilität ist eine neue Branche. Das bedeutet, dass wir Grenzen verschieben müssen, wenn wir die Art und Weise, wie wir in Zukunft reisen, verändern wollen. Es ist spannend, Teil dieser Initiative und dieser Innovationswelle zu sein. Wir glauben, dass wir einen Prototyp geschaffen haben, der weltweit helfen wird, Leben zu retten.“

Es gibt sogar noch mehr Potenzial für die Zukunft. „In den kommenden Jahren könnte diese Technologie zum Beispiel für EpiPen-Notfalllieferungen oder für die Abgabe von Notfallmedikamenten angepasst werden“, so Aupperle. „Es gibt viele Möglichkeiten, die es zu erschließen gilt.“

Das Team freut sich darauf, die 3DEXPERIENCE Plattform in zukünftigen Projekten verstärkt einzusetzen.

„Die Plattform hat für uns so viel zu bieten“, sagt Lindner. „ENOVIA kann uns zum Beispiel beim Projektmanagement und bei der weiteren Integration unserer Teams helfen. Wir können die 3DEXPERIENCE-Edu-Community besser nutzen, wo wir Ideen und bewährte Verfahren mit anderen Studentengruppen austauschen können. Wir sind auch daran interessiert, GEOVIA für die Modellierung unseres Planeten zu nutzen, um Standorte für die Abgabe des Defibrillators zu finden und besser berechnen zu können. Und schließlich hoffen wir, die Plattform nutzen zu können, um die modellbasierte Systemtechnik auf unsere Prozesse anzuwenden. Letztendlich benötigen wir eine zukunftssichere Plattform, um weiterhin Prototypen für die Luft- und Raumfahrt von morgen zu entwickeln. Die 3DXPERIENCE Plattform bietet genau das.“

Dies ist nur der Anfang. Wenn die am Projekt Mission Pulse beteiligten Studierenden in den Beruf einsteigen, werden ihre Erfahrungen mit der 3DEXPERIENCE Plattform von unschätzbarem Wert sein.

„Es war ein Privileg, eine so professionelle Software zu nutzen, bevor wir in die Industrie gehen“, sagt Lindner. „Das Tolle ist, dass es sich nicht um eine vereinfachte Version handelt, sondern dass wir die tatsächlichen Werkzeuge verwenden, die wir später im Beruf einsetzen werden.“

„Viele der größten Luft- und Raumfahrtunternehmen, darunter Airbus, Boeing und Embraer, nutzen die 3DEXPERIENCE Plattform", so Park. „Das bedeutet, dass die Erfahrungen, die wir bei der Arbeit mit der Plattform gemacht haben, für unsere zukünftige Karriere sehr nützlich sein können.“

Aupperle stimmt dem zu und ergänzt, dass die 3DEXPERIENCE Plattform gezeigt hat, wie man als Teil eines Teams professionell arbeitet. „Ich habe gelernt, wie man ein großes Projekt effektiv und gemeinschaftlich leitet“, sagt er. „Das wird zweifellos nützlich sein, wenn wir ins Berufsleben eintreten.“