Onderzoekers ontwikkelen zwerm van kleine drones om onbekende omgevingen te verkennen

Onderzoekers van de Technische Universiteit Delft hebben een zwerm van kleine drones ontwikkeld die in staat zijn om autonoom onbekende omgevingen te verkennen. Het onderzoek werd op 23 oktober gepresenteerd in Science Robotics. Dit nieuwe werk is belangrijk voor de voortdurende ontwikkeling van swarmrobotica.

Een van de meest uitdagende onderdelen van de ontwikkeling van deze kleine robots was dat ze om autonoom te kunnen bewegen, iets moest worden gedaan aan hun beperkte sensorysche en computationele capaciteiten. Het team, bestaande uit onderzoekers van de TU Delft, de Universiteit van Liverpool en de Radboud Universiteit van Nijmegen, keek naar insectnavigatie als model.

Enorm potentieel

Zoals vaak op deze site vermeld, is swarmrobotica een groeiend veld dat veel mogelijkheden biedt. De echte insectenzwermen zijn gebruikt als model voor kleine robots. Een individuele robot kan beperkt zijn in zijn mogelijkheden, maar door veel samen te groeperen, kunnen nieuwe capaciteiten worden verkregen. De kleine robots zijn vaak minder duur en kunnen taken uitvoeren die veel grotere robots niet kunnen. Met het gebruik van kleine robotdrones die in een zwerm opereren, kunnen rampenlocaties sneller worden verkend en begrepen. Deze technologie is nog niet beschikbaar, maar onderzoekers werken constant aan het ontwikkelen ervan vanwege de grote mogelijkheden.

Het gezamenlijke onderzoeksteam van de TU Delft, de Universiteit van Liverpool en de Radboud Universiteit van Nijmegen wordt gefinancierd door de Nederlandse nationale wetenschapsstichting NWO Natuurlijke Kunstmatige Intelligentieprogramma.

Een van de belangrijkste gebieden waar deze technologie kan worden gebruikt, is bij zoek- en reddingsmissies. Het onderzoeksteam ontwikkelde de zwerm van drones met het idee om ze te gebruiken bij dergelijke missies. Als het team slaagt in wat ze willen, kunnen reddingswerkers zwermen van kleine drones gebruiken om een rampenlocatie te verkennen en terug te rapporteren. Bijvoorbeeld, een gebouw dat op het punt staat in te storten, zou worden verkend door de drones, en ze zouden dan terugrapporteren met de locaties van mensen binnenin.

De zwermen van kleine drones kunnen ook worden uitgerust met camera’s om slachtoffers te vinden. Het onderzoeksteam testte dit door de drones in een indoor-kantooromgeving te sturen die twee nepslachtoffers bevatte. Het experiment was een succes, en een zwerm van 6 drones verkende 80% van de open kamers binnen 6 minuten. Deze taak is niet mogelijk met slechts één drone.

Een ander voordeel van het hebben van meerdere kleine drones is dat als er één defect raakt en geen beeld terugbrengt, er verschillende anderen zijn met dezelfde informatie. Dit werd aangetoond in de test toen één drone een slachtoffer vond maar het beeld verloor, en een andere terugkwam met het beeld.

Grootste uitdagingen

Kimberly McGuire is een PhD-student die aan het project werkte.

“De grootste uitdaging bij het bereiken van zwermverkennning ligt op het niveau van de individuele intelligentie van de drones,” zegt McGuire. “Aan het begin van het project, richtten we ons op het bereiken van basisvluchtcapaciteiten, zoals het controleren van de snelheid en het vermijden van obstakels. Daarna ontwierpen we een methode voor de kleine drones om elkaar te detecteren en te vermijden. We losten dit op door elke drone uit te rusten met een draadloze communicatiechip en vervolgens gebruik te maken van de signaalsignaalsterkte tussen deze chips – dit is zoals het aantal balkjes dat op uw telefoon wordt weergegeven wanneer u zich verplaatst van uw WiFi-router in uw huis. De belangrijkste voordelen van deze methode zijn dat het geen extra hardware op de drone vereist en dat het zeer weinig berekeningen vereist.”

Het moeilijkste deel van de ontwikkeling van deze kleine swarmrobots is autonome navigatie. Het is extreem moeilijk om een groep kleine robots te laten navigeren in een compleet onbekende omgeving. Dit is de belangrijkste reden waarom de onderzoekers naar insecten keken als model; ze navigeren vaak door omgevingen zonder enige voorafgaande kennis ervan.

“Het belangrijkste idee achter de nieuwe navigatiemethode is om onze navigatieverwachtingen tot het uiterste te reduceren: we vereisen alleen dat de robots in staat zijn om terug te navigeren naar het basisstation,” zegt Guido de Croon, hoofdonderzoeker van het project. “De zwerm van robots spreidt zich eerst uit in de omgeving door elke robot een andere voorkeursrichting te laten volgen. Na het verkennen, keren de robots terug naar een draadloze beacon op het basisstation.”

Deze nieuwe ontwikkeling is slechts één van de vele die uit de robotica komen. Swarmrobotica is een belangrijk veld dat veel nieuwe mogelijkheden biedt.