Vísindamenn þróa örsmáa dróna til að kanna óþekkt umhverfi

Vísindamenn frá Tækniháskólanum í Delft hafa þróað kvik af örsmáum drónum sem geta sjálfstætt kannað óþekkt umhverfi. Rannsóknin var kynnt 23. október í Vísindi vélfærafræði. Nýja verkið er mikilvægt fyrir áframhaldandi þróun kvikvélfærafræði. 

Einn af erfiðustu hlutunum við að þróa þessi örsmáu vélmenni var að til þess að þau gætu hreyft sig sjálfstætt þurfti eitthvað að gera við takmarkaða skynjunar- og reiknigetu þeirra. Hópurinn, sem samanstendur af vísindamönnum frá TU Delft, háskólanum í Liverpool og Radbound háskólanum í Nijmegen, leit á skordýrasiglingar sem fyrirmynd. 

Gífurlegur möguleiki

Eins og margoft hefur verið nefnt á þessari síðu, þá er sveimvélfærafræði vaxandi svið sem getur leitt til margra möguleika. Raunverulegir skordýrasveimar hafa verið notaðir sem fyrirmynd fyrir pínulitla vélmenni. Einstök vélmenni geta verið takmörkuð í hæfileikum sínum, en að hópa mörg saman getur veitt nýja hæfileika. Litlu vélmennin eru oft ódýrari og þau geta klárað verkefni sem mörg stærri geta ekki. Með notkun lítilla vélfæradróna sem starfa í kvik var hægt að kanna og skilja hamfarasvæði mun hraðar. Þessi tækni er ekki komin út enn, en vísindamenn vinna stöðugt að henni vegna mikilla möguleika. 

Sameiginlegt rannsóknarteymi TU Delft, háskólans í Liverpool og Radbound háskólans í Nijmegen er fjármagnað af hollensku þjóðvísindastofnuninni NWO Natural Artificial Intelligence program. 

Eitt af helstu sviðum þar sem hægt er að nota þessa tækni er innan leitar- og björgunarverkefna. Rannsóknarteymið þróaði kvik dróna með þá hugmynd að nýta þá í slíkum leiðangri. Ef teymið nær því sem þeir vilja, gætu björgunarsveitarmenn notað kvik af örsmáum drónum til að kanna hamfarasvæði og tilkynna til baka. Til dæmis yrði bygging á barmi þess að hrynja könnuð af drónum og þeir myndu síðan tilkynna um staðsetningu fólks inni. 

Kvik örsmáa dróna gætu einnig verið búnir myndavélum til að finna fórnarlömb. Rannsóknarteymið prófaði þetta með því að senda dróna inn í skrifstofuumhverfi innandyra sem innihélt tvö fórnarlömb. Tilraunin heppnaðist vel og 6 dróna kviknaði í 80% af opnu herbergjunum innan 6 mínútna. Þetta verkefni er ekki mögulegt með aðeins einum dróna. 

Annar kostur við að hafa marga litla dróna er að ef einn bilar og tekst ekki að skila mynd, þá eru nokkrir aðrir með sömu upplýsingar. Þetta kom fram í prófuninni þegar einn dróni fann fórnarlamb en missti myndina og annar kom aftur með hana. 

Stærstu áskoranir

Kimberly McGuire er doktorsnemi sem vann að verkefninu. 

„Stærsta áskorunin við að ná kvikkönnun liggur á stigi einstaklingsgreindar dróna,“ segir McGuire. „Í upphafi verkefnisins lögðum við áherslu á að ná grunnfluggetu eins og að stjórna hraðanum og forðast hindranir. Eftir það hönnuðum við aðferð fyrir litlu dróna til að greina og forðast hver annan. Við leystum þetta með því að láta hvern dróna bera þráðlausa samskiptakubb og nýta síðan merkisstyrkinn á milli þessara flísa - þetta er eins og fjöldi stika sem sýndir eru á símanum þínum sem fækka þegar þú fjarlægir WiFi beininn þinn heima hjá þér. Helstu kostir þessarar aðferðar eru að það þarf ekki auka vélbúnað á drónanum og að það þarf mjög fáar útreikninga.“

Erfiðast við að þróa þessi örsmáu kvikvélmenni er sjálfstætt siglingar. Það er ákaflega erfitt að fá hóp af litlum vélmennum til að sigla um algjörlega óþekkt umhverfi. Þetta er helsta ástæðan fyrir því að rannsakendur sneru sér að skordýrum sem fyrirmynd; þeir vafra oft um umhverfi án nokkurrar fyrri þekkingar á þeim. 

„Meginhugmyndin sem liggur til grundvallar nýju leiðsöguaðferðinni er að draga úr væntingum okkar til leiðsagnar til hins ýtrasta: við krefjumst þess að vélmenni geti siglt aftur til grunnstöðvarinnar,“ segir Guido de Croon, aðalrannsakandi verkefnisins. „Sveimur vélmenna dreifist fyrst út í umhverfið með því að láta hvert vélmenni fylgja mismunandi valinni stefnu. Eftir að hafa kannað fara vélmennin aftur að þráðlausu leiðarljósi sem staðsett er við grunnstöðina.

Þessi nýja þróun er aðeins ein af mörgum sem koma út úr vélfærafræði. Swarm vélfærafræði er mikilvægt svið sem opnar marga nýja möguleika.