Peneliti Mengembangkan Swarm Drones untuk Melokalisasi Kebocoran Gas

Peneliti di Delft University of Technology telah mengembangkan swarm drone kecil pertama yang mampu mendeteksi dan melokalisasi kebocoran gas secara otonom di lingkungan indoor yang ketat. Untuk menemukan kebocoran gas di sebuah bangunan atau situs industri, petugas pemadam kebakaran manusia menghadapi risiko karena dapat memakan waktu lama untuk mendeteksi sumbernya. Drone baru ini dapat memiliki implikasi besar dalam bidang ini.

Mendesain AI untuk Drone

Hambatan terbesar bagi peneliti adalah mendesain kecerdasan buatan (AI) yang diperlukan untuk tugas kompleks ini. Karena ukuran drone yang kecil, komponen komputasi dan memori harus pas dengan ketat di dalamnya. Peneliti menggunakan navigasi dan strategi pencarian yang terinspirasi oleh biologi.

Penelitian ini dipublikasikan di server artikel ArXiv, dan akan dipresentasikan di konferensi robotika IROS kemudian tahun ini.

Apa yang Diperlukan untuk Pelokalan Sumber Gas Otonom

Tugas pelokalan sumber gas otonom sangat kompleks, dan memerlukan sensor gas buatan yang tidak sangat mampu mendeteksi jumlah gas kecil. Mereka juga mengalami kesulitan untuk tetap sensitif terhadap perubahan gas yang cepat.

Selain tugas sebenarnya, lingkungan juga menyebabkan masalah ketika kompleks. Oleh karena itu, penelitian tradisional telah berkembang sekitar robot tunggal yang mencari sumber gas di lingkungan kecil, bebas hambatan.

Guido de Croon adalah Profesor Penuh di Laboratorium Kendaraan Udara Mikro di TU Delft.

“Kami yakin bahwa swarm drone kecil adalah jalur yang menjanjikan untuk pelokalan sumber gas otonom,” kata Guido de Croon. “Ukuran drone yang kecil membuatnya sangat aman bagi manusia dan properti yang masih berada di bangunan, sementara kemampuan terbang mereka akan memungkinkan mereka untuk mencari sumber di tiga dimensi. Selain itu, ukuran kecil mereka memungkinkan mereka untuk terbang di area indoor yang sempit. Akhirnya, memiliki swarm drone ini memungkinkan mereka untuk melokalisasi sumber gas lebih cepat, sambil menghindari maksimum lokal konsentrasi gas untuk menemukan sumber sebenarnya.”

Meskipun manfaat dari sifat-sifat ini, mereka juga membuatnya sulit bagi insinyur untuk mengimplementasikan AI ke dalam drone untuk pelokalan sumber gas otonom. Karena keterbatasan sekitar penginderaan dan pemrosesan onboard, algoritma AI yang digunakan dalam kendaraan otonom tidak dapat diterapkan. Karena mereka beroperasi dalam swarm, drone juga perlu menghindari tabrakan dengan satu sama lain sambil berkolaborasi.

Bart Duisterhof melakukan penelitian di TU Delft.

“Sebenarnya, di alam ada banyak contoh navigasi dan pelokalan sumber bau yang sukses dalam keterbatasan sumber daya yang ketat,” kata Duisterhof. “Cukup pikirkan bagaimana lalat buah dengan otak kecil mereka yang hanya memiliki ~100.000 neuron dapat menemukan pisang di dapur Anda di musim panas. Mereka melakukan ini dengan menggabungkan perilaku sederhana seperti terbang ke arah angin atau orthogonal terhadap angin tergantung pada apakah mereka mendeteksi bau. Meskipun kami tidak bisa menyalin perilaku ini secara langsung karena tidak adanya sensor aliran udara pada robot kami, kami telah memberi robot kami perilaku sederhana yang serupa untuk menyelesaikan tugas ini.”

https://www.youtube.com/watch?v=hj_SBSpK5qg

Drone kecil ini mengandalkan algoritma “bug” baru yang disebut “Sniffy Bug”, yang memungkinkan drone untuk menyebar sebelum mereka mendeteksi gas. Ini memungkinkan mereka untuk menutupi lingkungan yang luas dan menghindari hambatan atau satu sama lain.

Saat salah satu drone mendeteksi gas, ia akan berkomunikasi dengan yang lain, yang kemudian akan berkolaborasi untuk menemukan sumber gas secepat mungkin. Lebih khusus, drone melakukan pencarian untuk konsentrasi gas maksimum dengan algoritma yang disebut “particle swarm optimization”, atau PSO, di mana setiap drone bertindak sebagai partikel.

Algoritma ini terinspirasi oleh perilaku sosial dan gerakan kawanan burung, di mana setiap drone bergerak berdasarkan lokasi konsentrasi gas tertinggi yang dipersepsikan, lokasi tertinggi kawanan, dan arah gerak serta inersia saat ini. Salah satu kelebihan PSO adalah bahwa hanya memerlukan pengukuran konsentrasi gas tanpa gradien konsentrasi gas atau arah angin.

“Penelitian ini menunjukkan bahwa swarm drone kecil dapat melakukan tugas yang sangat kompleks,” kata Guido. “Kami berharap bahwa pekerjaan ini dapat menjadi inspirasi bagi peneliti robotika lain untuk memikirkan kembali jenis AI yang diperlukan untuk penerbangan otonom.”