Forskere utvikler en swarm av små droner for å utforske ukjente omgivelser

Forskere fra Delft University of Technology har utviklet en swarm av små droner som kan utforske ukjente omgivelser på egen hånd. Forskningen ble presentert den 23. oktober i Science Robotics. Arbeidet er viktig for den pågående utviklingen av swarm-robotikk. 

En av de største utfordringene ved å utvikle disse små robotene var at de måtte kunne bevege seg på egen hånd, og noe måtte gjøres med deres begrensede sansning og beregningskapasitet. Teamet, som består av forskere fra TU Delft, University of Liverpool og Radbound University of Nijmegen, så på insekt-navigasjon som en modell. 

Enorm potensial

Som det har blitt nevnt mange ganger på denne siden, er swarm-robotikk en voksende fagfelt som kan føre til mange muligheter. De virkelige insekt-svermene har blitt brukt som en modell for små roboter. En enkelt robot kan være begrenset i sine evner, men å gruppere mange sammen kan gi nye evner. De små robotene er ofte billigere, og de kan utføre oppgaver som mange større ikke kan. Ved å bruke små robot-droner som opererer i en swarm, kan katastrofe-områder utforskes og forstås mye raskere. Denne teknologien er ikke ute ennå, men forskerne arbeider konstant med den på grunn av de store mulighetene. 

Det felles forskningsteamet fra TU Delft, University of Liverpool og Radbound University of Nijmegen er finansiert av den nederlandsk nasjonale vitenskapsstiftelsen NWO Natural Artificial Intelligence programme. 

En av de største områdene hvor denne teknologien kan brukes er innen søk- og redningsoppdrag. Forskingsteamet utviklet svermene av droner med ideen om å bruke dem i slike oppdrag. Hvis teamet lykkes med det de vil, vil redningsarbeidere kunne bruke sverm av små droner til å utforske et katastrofe-område og rapportere tilbake. For eksempel, et bygg som er på randen av å kollapse, ville bli utforsket av dronene, og de ville så rapportere tilbake med plasseringene av personer inne. 

Svermene av små droner kunne også utstyres med kameraer for å finne ofre. Forskingsteamet testet dette ved å sende dronene inn i en innendørs kontor-miljø som inneholdt to dummy-ofre. Eksperimentet var en suksess, og en swarm av 6 droner utforsket 80% av de åpne rommene innen 6 minutter. Denne oppgaven er ikke mulig med bare en drone. 

En annen fordel med å ha flere små droner er at hvis en feiler og ikke klarer å bringe tilbake et bilde, er det flere andre med samme informasjon. Dette ble vist i testen da en drone fant et offer, men mistet bildet, og en annen kom tilbake med det. 

Største utfordringer

Kimberly McGuire er en PhD-student som arbeidet på prosjektet. 

“Den største utfordringen i å oppnå swarm-utforsking ligger på individ-nivået til dronene,” sier McGuire. “I begynnelsen av prosjektet, fokuserte vi på å oppnå grunnleggende fly-egenskaper som kontroll av hastighet og unngåelse av hindringer. Etter det, designet vi en metode for de små dronene til å detektere og unngå hverandre. Vi løste dette ved å gi hver drone en trådløs kommunikasjons-chip og så bruke signal-styrken mellom disse chipene — dette er som antall streker som vises på telefonen din som minsker når du flytter deg vekk fra WiFi-ruteren din hjemme. De største fordelene med denne metoden er at den ikke krever ekstra hårdware på dronen og at den krever svært få beregninger.” 

Det hardeste ved å utvikle disse små swarm-robotene er autonom navigasjon. Det er ekstremt vanskelig å få en gruppe små roboter til å navigere i en fullstendig ukjent omgivelse. Dette er hovedgrunnen til at forskerne så på insekter som en modell; de navigerer ofte i omgivelser uten noen forhåndskunnskap om dem. 

“Den viktigste idéen bak den nye navigasjonsmetoden er å redusere våre forventninger til navigasjon til det ekstreme: vi krever bare at robotene kan navigere tilbake til basestasjonen,” sier Guido de Croon, hoved-etterforsker på prosjektet. “Svermen av roboter sprenger seg ut i omgivelsene ved å følge hver sin foretrukne retning. Etter å ha utforsket, returnerer robotene til en trådløs beacon som er plassert ved basestasjonen.” 

Denne nye utviklingen er bare ett av mange som kommer ut av robotikk. Swarm-robotikk er et viktig fagfelt som åpner opp mange nye muligheter.