Navorsers ontwikkel Swermdrones om gaslekke te lokaliseer

Navorsers aan die Delft Universiteit van Tegnologie het die eerste swerm piepklein hommeltuie ontwikkel wat in staat is om gaslekke outonoom in stywe binnenshuise omgewings op te spoor en te lokaliseer. Om 'n gaslek in 'n gebou of industriële terrein te vind, waag menslike brandbestryders hul lewens aangesien dit lank kan neem om die bron op te spoor. Hierdie nuwe hommeltuie kan groot implikasies in hierdie gebied hê.

Ontwerp AI vir die drones

Die grootste struikelblok vir die navorsers was om die kunsmatige intelligensie (KI) te ontwerp wat nodig is vir die komplekse taak. As gevolg van die klein grootte van die hommeltuie, moes die rekenaar- en geheueonderdele styf daarin pas. Die navorsers het staatgemaak op bio-geïnspireerde navigasie- en soekstrategieë. 

Die navorsing is op die ArXiv-artikelbediener gepubliseer, en dit sal later in die jaar by die IROS-robotikakonferensie aangebied word.

Wat word benodig vir outonome gasbronlokalisering

Die taak van outonome gasbronlokalisering is uiters kompleks, en dit vereis kunsmatige gassensors wat nie baie in staat is om klein hoeveelhede gas op te spoor nie. Hulle sukkel ook om sensitief te bly vir vinnige veranderinge in gaskonsentrasies. 

Benewens die werklike taak, veroorsaak die omgewing ook probleme wanneer dit kompleks is. Om hierdie redes het tradisionele navorsing ontwikkel rondom enkele robotte wat na 'n gasbron in klein, hindernisvrye omgewings soek. 

Guido de Croon is volle professor by die TU Delft se mikrolugvoertuiglaboratorium. 

"Ons is oortuig daarvan dat swerms klein hommeltuie 'n belowende weg is vir outonome gasbronlokalisering," sê Guido de Croon. “Die hommeltuie se klein grootte maak hulle baie veilig vir enige mens en eiendom wat nog in die gebou is, terwyl hul vliegvermoë hulle in staat sal stel om uiteindelik in drie dimensies na die bron te soek. Boonop laat hul klein grootte hulle toe om in nou binnenshuise gebiede te vlieg. Ten slotte, met 'n swerm van hierdie hommeltuie kan hulle 'n gasbron vinniger lokaliseer, terwyl hulle plaaslike maksimum gaskonsentrasie vryspring om die ware bron te vind.

Ten spyte van die voordele van hierdie eienskappe, maak dit dit ook moeilik vir ingenieurs om KI in die hommeltuie te implementeer vir outonome gasbronlokalisering. As gevolg van die beperkings rondom waarneming en verwerking aan boord, is die KI-algoritmes wat in selfbesturende voertuie gebruik word nie van toepassing nie. Omdat hulle in swerms werk, moet hommeltuie ook vermy om met mekaar te bots terwyl hulle saamwerk.

Bart Duisterhof het die navorsing by TU Delft gedoen. 

"Eintlik is daar in die natuur genoeg voorbeelde van suksesvolle navigasie en reukbronlokalisering binne streng hulpbronbeperkings," sê Duisterhof. “Dink net aan hoe vrugtevlieë met hul klein breintjies van ~100,000 XNUMX neurone die piesangs onfeilbaar in die somer in jou kombuis opspoor. Hulle doen dit deur eenvoudige gedrag elegant te kombineer soos om windop te vlieg of ortogonaal teen die wind, afhangende van of hulle die reuk voel. Alhoewel ons nie hierdie gedrag direk kon kopieer nie weens die afwesigheid van lugvloeisensors op ons robotte, het ons ons robotte met soortgelyke eenvoudige gedrag ingeprent om die taak aan te pak.”

Die klein hommeltuie maak staat op 'n nuwe "fout"-algoritme genaamd "Sniffy Bug", wat die hommeltuie in staat stel om uit te sprei voordat hulle enige gas opspoor. Dit stel hulle in staat om groot omgewings te bedek en hindernisse of mekaar te vermy. 

Sodra een van die hommeltuie gas waarneem, kommunikeer dit dit aan die ander, wat dan met mekaar sal saamwerk om die gasbron so vinnig moontlik te vind. Meer spesifiek voer die hommeltuie 'n soektog na maksimum gaskonsentrasie uit met 'n algoritme genaamd "deeltjie-swermoptimering," of PSO, waar elke hommeltuig as 'n deeltjie optree. 

Die algoritme is geïnspireer deur die sosiale gedrag en beweging van voëlswerms, met elke hommeltuig wat beweeg op grond van sy eie waargenome hoogste gaskonsentrasie-ligging, die swerm se hoogste ligging en sy huidige beweegrigting en traagheid. Een van die voordele van PSO is dat dit slegs die meting van die gaskonsentrasie vereis sonder die gaskonsentrasiegradiënt of windrigting.

"Hierdie navorsing toon dat swerms piepklein hommeltuie baie komplekse take kan verrig.," sê Guido, "Ons hoop dat hierdie werk 'n inspirasie vorm vir ander robotika-navorsers om die tipe KI wat nodig is vir outonome vlug te heroorweeg."