Forskere udvikler swarm af små droner til at udforske ukendte omgivelser

Forskere fra Delft University of Technology har udviklet en swarm af små droner, der kan udforske ukendte omgivelser på egen hånd. Forskningen blev præsenteret den 23. oktober i Science Robotics. Det nye arbejde er vigtigt for den fortsatte udvikling af swarm-robotik.

En af de største udfordringer ved at udvikle disse små robotter var, at de skulle kunne flyve på egen hånd, og noget måtte gøres ved deres begrænsede sensor- og beregningskapaciteter. Holdet, der bestod af forskere fra TU Delft, University of Liverpool og Radbound University of Nijmegen, så på insektnavigation som en model.

Enorm potentiale

Som det er nævnt mange gange på denne side, er swarm-robotik et voksende felt, der kan føre til mange muligheder. De virkelige insekt-swarms er blevet brugt som en model for små robotter. En enkelt robot kan være begrænset i sine evner, men ved at gruppere mange sammen kan man opnå nye kapaciteter. De små robotter er ofte billigere, og de kan udføre opgaver, som mange større ikke kan. Ved at bruge små robot-droner, der fungerer i en swarm, kan man udforske og forstå katastrofeområder meget hurtigere. Denne teknologi er ikke udendørs endnu, men forskere arbejder konstant på den på grund af de store muligheder.

Det fælles forskningshold fra TU Delft, University of Liverpool og Radbound University of Nijmegen er finansieret af den hollandske nationale videnskabsfond NWO Natural Artificial Intelligence programme.

En af de største områder, hvor denne teknologi kan bruges, er inden for redningsmissioner. Forskningsholdet udviklede swarmer af droner med det formål at bruge dem i sådanne missioner. Hvis holdet opnår, hvad de vil, kan redningsarbejdere bruge swarmer af små droner til at udforske et katastrofeområde og rapportere tilbage. For eksempel ville en bygning, der er på nippet af at kollapse, blive udforsket af dronerne, og de ville så rapportere tilbage med placeringen af personer inde.

Swarmer af små droner kan også udstyres med kameraer for at finde ofre. Forskningsholdet testede dette ved at sende dronerne ind i en indendørs kontormiljø, der indeholdt to dummy-ofre. Eksperimentet var en succes, og en swarm af 6 droner udforskede 80% af de åbne rum inden for 6 minutter. Denne opgave er ikke mulig med kun en drone.

En anden fordel ved at have multiple små droner er, at hvis en fejler og ikke kan bringe tilbage et billede, er der flere andre med den samme information. Dette blev vist i testen, da en drone fandt et offer, men tabte billedet, og en anden kom tilbage med det.

Største udfordringer

Kimberly McGuire er en ph.d.-studerende, der arbejdede på projektet.

“Den største udfordring i at opnå swarm-udforskning ligger på niveauet af den enkelte intelligens af dronerne,” siger McGuire. “I begyndelsen af projektet fokuserede vi på at opnå grundlæggende flyveevner såsom kontrol af hastighed og undgåelse af hindringer. Efter det designede vi en metode til, at de små droner kan detektere og undgå hinanden. Vi løste dette ved at give hver drone en trådløs kommunikationschip og derefter udnytte signalstyrken mellem disse chips – dette er ligesom antallet af streger, der vises på din telefon, der mindskes, når du fjerner dig fra din WiFi-router i hjemmet. De største fordele ved denne metode er, at den ikke kræver ekstra hardware på dronen og at den kræver meget få beregninger.”

Det sværeste ved at udvikle disse små swarm-robotter er autonom navigation. Det er ekstremt svært at få en gruppe af små robotter til at navigere i en fuldstændig ukendt omgivelse. Dette er den største grund til, at forskerne vendte sig til insekter som en model; de navigerer ofte i omgivelser uden forudgående viden om dem.

“Den grundlæggende idé bag den nye navigationsmetode er at reducere vores navigationsforventninger til det yderste: vi kræver kun, at robotterne kan navigere tilbage til basestationen,” siger Guido de Croon, hovedforsker på projektet. “Swarmen af robotter spreder sig først ud i omgivelsen ved at følge hver sin foretrukne retning. Efter udforskning returnerer robotterne til en trådløs beacon placeret ved basestationen.”

Denne nye udvikling er kun en af mange, der kommer ud af robotik. Swarm-robotik er et vigtigt felt, der åbner op for mange nye muligheder.