Ερευνητές Ανάπτυξαν Ένα Σμήνος Μικρών Drone για την Εξερεύνηση Άγνωστων Περιβαλλόντων

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας του Ντελφτ έχουν αναπτύξει ένα σμήνος μικρών drone που μπορούν να εξερευνήσουν αυτόνομα άγνωστα περιβάλλοντα. Η έρευνα παρουσιάστηκε στις 23 Οκτωβρίου στο Science Robotics. Το νέο έργο είναι σημαντικό για την συνεχιζόμενη ανάπτυξη της robotics σμήνους. 

Ένα από τα πιο δύσκολα μέρη της ανάπτυξης αυτών των μικρών ρομπότ ήταν ότι για να κινούνται αυτόνομα, έπρεπε να γίνει κάτι για τις περιορισμένες ικανότητες αίσθησης και υπολογισμού. Η ομάδα, που αποτελείται από ερευνητές από το TU Delft, το Πανεπιστήμιο του Λίβερπουλ και το Πανεπιστήμιο Radbound του Νίμεγκεν, έψαξε στο μοντέλο της ναυσιπλοΐας των εντόμων. 

Τεράστια Δυνατότητα

Όπως έχει αναφερθεί πολλές φορές σε αυτό το site, η robotics σμήνους είναι ένα αναπτυσσόμενο πεδίο που μπορεί να οδηγήσει σε πολλές δυνατότητες. Τα πραγματικά σμήνη εντόμων έχουν χρησιμοποιηθεί ως μοντέλο για τα μικρά ρομπότ. Ένα ατομικό ρομπότ μπορεί να είναι περιορισμένο στις ικανότητές του, αλλά η ομαδική τους δράση μπορεί να παρέχει νέες ικανότητες. Τα μικρά ρομπότ είναι συχνά φθηνότερα και μπορούν να εκτελέσουν εργασίες που πολλά μεγαλύτερα δεν μπορούν. Με τη χρήση μικρών drone που δρουν σε σμήνος, οι τοποθεσίες καταστροφών θα μπορούσαν να εξερευνηθούν και να κατανοηθούν πολύ γρηγορότερα. Αυτή η τεχνολογία δεν είναι ακόμη διαθέσιμη, αλλά οι ερευνητές εργάζονται συνεχώς σε αυτήν λόγω των μεγάλων δυνατοτήτων. 

Η κοινή έρευνα της ομάδας του TU Delft, του Πανεπιστημίου του Λίβερπουλ και του Πανεπιστημίου Radbound του Νίμεγκεν χρηματοδοτείται από το ολλανδικό εθνικό ιδρυμα επιστημών NWO Natural Artificial Intelligence programme. 

Ένας από τους κύριους τομείς όπου αυτή η τεχνολογία μπορεί να χρησιμοποιηθεί είναι στις αποστολές έρευνας και διάσωσης. Η ερευνητική ομάδα ανέπτυξε τα σμήνη drone με την ιδέα να τα χρησιμοποιήσει σε τέτοιες αποστολές. Αν η ομάδα επιτύχει αυτό που θέλει, οι διάσωστες θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν σμήνη μικρών drone για να εξερευνήσουν μια τοποθεσία καταστροφής και να αναφέρουν πίσω. Για παράδειγμα, ένα κτίριο που είναι على τον βραχίονα της κατάρρευσης θα εξερευνηθεί από τα drone και θα αναφέρουν πίσω με τις τοποθεσίες των ανθρώπων μέσα. 

Τα σμήνη μικρών drone θα μπορούσαν επίσης να εξοπλιστούν με κάμερες για να βρουν θύματα. Η ερευνητική ομάδα δοκίμασε αυτό στέλνοντας τα drone σε ένα εσωτερικό περιβάλλον γραφείου που περιείχε δύο ψεύτικα θύματα. Η δοκιμή ήταν επιτυχημένη και ένα σμήνος 6 drone εξερεύνησε το 80% των ανοικτών δωματίων μέσα σε 6 λεπτά. Αυτή η εργασία δεν είναι δυνατή με μόνο ένα drone. 

Ένα άλλο πλεονέκτημα του να έχεις πολλά μικρά drone είναι ότι αν ένα δεν λειτουργήσει σωστά και δεν φέρει πίσω μια εικόνα, υπάρχουν πολλά άλλα με την ίδια πληροφορία. Αυτό φάνηκε στη δοκιμή όταν ένα drone βρήκε ένα θύμα αλλά έχασε την εικόνα και ένα άλλο επέστρεψε με αυτήν. 

Μεγαλύτερες Προκλήσεις

Η Kimberly McGuire είναι μια διδάκτωρ που εργάστηκε στο πρότζεκτ. 

“Η μεγαλύτερη πρόκληση στην επίτευξη εξερεύνησης σμήνους βρίσκεται στο επίπεδο της ατομικής νοημοσύνης των drone,” λέει η McGuire. “Στην αρχή του προτζεκτ, εστιάσαμε στην επίτευξη βασικών ικανοτήτων πτήσης όπως τον έλεγχο της ταχύτητας και την αποφυγή εμποδίων. Μετά από αυτό, σχεδιάσαμε μια μέθοδο για τα μικρά drone να ανιχνεύουν και να αποφεύγουν το ένα το άλλο. Λύσαμε αυτό το πρόβλημα με το να τοποθετήσουμε ένα ασύρματο chip επικοινωνίας σε κάθε drone και μετά να χρησιμοποιήσουμε την ένταση του σήματος μεταξύ αυτών των chip — αυτό είναι σαν τον αριθμό των ράβδων που εμφανίζονται στην οθόνη του κινητού σας τηλεφώνου που μειώνεται όταν μετακινείστε μακριά από το WiFi router στο σπίτι σας. Τα κύρια πλεονεκτήματα αυτής της μεθόδου είναι ότι δεν απαιτεί επιπλέον υλικό στο drone και ότι απαιτεί πολύ λίγες υπολογιστικές εργασίες.”

Το πιο δύσκολο μέρος της ανάπτυξης αυτών των μικρών ρομπότ σμήνους είναι η αυτόνομη ναυσιπλοΐα. Είναι εξαιρετικά δύσκολο να πάρεις μια ομάδα μικρών ρομπότ να ναυσιπλούν σε ένα完全 άγνωστο περιβάλλον. Αυτός είναι ο κύριος λόγος που οι ερευνητές στράφηκαν στα έντομα ως μοντέλο· συχνά ναυσιπλούν σε περιβάλλοντα χωρίς προηγούμενη γνώση. 

“Η κύρια ιδέα που υποκρύπτει τη νέα μέθοδο ναυσιπλοΐας είναι να μειώσουμε τις προσδοκίες μας για ναυσιπλοΐα στο άκρο: απαιτούμε μόνο τα ρομπότ να μπορούν να ναυσιπλούν πίσω στη βάση,” λέει ο Guido de Croon, ο επικεφαλής ερευνητής του προτζεκτ. “Το σμήνος των ρομπότ πρώτα εξαπλώνεται στο περιβάλλον με το κάθε ρομπότ να ακολουθεί μια διαφορετική προτιμώμενη κατεύθυνση. Μετά την εξερεύνηση, τα ρομπότ επαναφέρονται σε ένα ασύρματο φάρο που βρίσκεται στη βάση.”

Αυτή η νέα ανάπτυξη είναι μόνο μια από τις πολλές που προέρχονται από τη robotics. Η robotics σμήνους είναι ένα σημαντικό πεδίο που ανοίγει πολλές νέες δυνατότητες.