Tutkijat kehittivät parven pientä lentokoneita tuntemattomien ympäristöjen tutkimiseksi

Delftin teknillisen yliopiston tutkijat ovat kehittäneet parven pientä lentokoneita, jotka pystyvät tutkimaan autonomisesti tuntemattomia ympäristöjä. Tutkimus esiteltiin 23. lokakuuta Science Robotics -julkaisussa. Uusi työ on tärkeää swarm roboticsin jatkuvan kehittämisen kannalta.

Yksi haasteellisimmista osista näiden pienten robotien kehittämisessä oli se, että jotta ne pystyisivät liikkumaan autonomisesti, niiden rajoitettuja aistimiskykyjä ja laskentakapasiteettia oli korjattava. Tutkijaryhmä, johon kuului tutkijoita TU Delftistä, Liverpoolin yliopistosta ja Radboundin yliopistosta Nijmegenistä, tarkasteli hyönteisten navigaatiota mallina.

Valtava potentiaali

Kuten usein mainittu tässä sivustossa, swarm robotics on kasvava ala, joka voi johtaa moniin mahdollisuuksiin. Elävien hyönteisten parvet ovat toimineet mallina pienten robotien kehittämisessä. Yksittäinen robotti voi olla rajoitettu kyvyssään, mutta useiden yhdistäminen voi tarjota uusia kykyjä. Pienet robotit ovat usein edullisempia, ja ne voivat suorittaa tehtäviä, joita useammat suuremmat robotit eivät pysty. Pienien robotti-lentokoneiden käytön avulla swarm-muodossa voidaan tutkia ja ymmärtää onnettomuusalueita nopeammin. Tämä teknologia ei ole vielä saatavilla, mutta tutkijat työskentelevät jatkuvasti sen kehittämisen parissa sen suurten mahdollisuuksien vuoksi.

Tutkijaryhmä, johon kuului tutkijoita TU Delftistä, Liverpoolin yliopistosta ja Radboundin yliopistosta Nijmegenistä, on rahoitettu hollannin kansallisen tiedesäätiön NWO Natural Artificial Intelligence -ohjelmalla.

Yksi tärkeimmistä aloista, jolla tämä teknologia voidaan soveltaa, on etsintä- ja pelastustehtävissä. Tutkijaryhmä kehitti robotti-parvet ajatuksena käyttää niitä tällaisissa tehtävissä. Jos ryhmä onnistuu tavoitteessaan, pelastustyöntekijät voivat käyttää robotti-parvia tutkimalla onnettomuusalueita ja raportoimalla takaisin. Esimerkiksi rakennus, joka on vaarassa romahtaa, voidaan tutkia droneilla, ja ne voivat raportoida takaisin henkilöiden sijainneista sisällä.

Pienet robotti-dronet voidaan myös varustaa kamerilla uhrien etsimiseksi. Tutkijaryhmä testasi tätä lähettämällä dronet sisätiloihin, joissa oli kaksi teko-uhria. Koe oli onnistunut, ja kuusi dronia tutki 80 % avoimista huoneista kuudessa minuutissa. Tämä tehtävä ei ole mahdollista yhdellä dronella.

Toinen etu useiden pienten dronien käytöstä on se, että jos yksi drone hajoaa ja ei pysty tuomaan takaisin kuvaa, on useita muita, joilla on sama tieto. Tämä näkyi kokeessa, jossa yksi drone löysi uhrin, mutta menetti kuvan, ja toinen toi sen takaisin.

Suurimmat haasteet

Kimberly McGuire on väitöskirjatutkija, joka työskenteli hankkeessa.

“Suurin haaste swarm-tutkimuksen saavuttamisessa on yksittäisten dronien älykkyyden taso”, McGuire sanoo. “Hankkeen alussa keskityimme saavuttamaan peruslentokapasiteetit, kuten nopeuden säätely ja esteiden välttäminen. Sen jälkeen suunnittelimme menetelmän, jolla pienet dronet voivat havaita ja välttää toisiaan. Ratkaisimme tämän antamalla jokaiselle dronelle langattoman viestintäpiirin ja käyttämällä signaalin voimakkuutta näiden piirien välillä – tämä on kuin puhelimen viivat, jotka vähenevät, kun etäntyät WiFi-reitittimeltäsi kotona. Tämän menetelmän päätärkeät edut ovat, ettei se vaadi lisälaitteita dronelle eikä vaadi paljon laskentaa.”

Haasteellisin osa näiden pienten swarm-robottien kehittämisessä on itsestään selviäminen. On erittäin vaikea saada ryhmä pientä robottia navigoimaan täysin tuntemattomassa ympäristössä. Tämä on pääsyy, miksi tutkijat kääntyivät hyönteisten puoleen mallina; ne usein navigoivat ympäristössä ilman etukäteen saatua tietoa.

“Uuden navigointimenetelmän taustalla oleva pääidea on vähentää odotuksiamme navigoinnista äärimmäisyyteen: vaadimme vain, että robotit pystyvät navigoimaan takaisin tukikohtaan”, hankkeen pääjohtaja Guido de Croon sanoo. “Robottiparvi levittäytyy ympäristöön jokainen robotti seuraten eri suuntaa. Tutkimisen jälkeen robotit palaavat langattomaan merkkimerkkiin, joka sijaitsee tukikohdassa.”

Tämä uusi kehitys on vain yksi monista, jotka tulevat robotics-alalta. Swarm robotics on tärkeä ala, joka avaa monia uusia mahdollisuuksia.