Cercetătorii dezvoltă drone în stol pentru localizarea scurgerilor de gaze

Cercetătorii de la Universitatea Tehnică Delft au dezvoltat primul stol de drone mici care pot detecta și localiza autonom scurgerile de gaze în medii interioare strâmte. Pentru a găsi o scurgere de gaz într-o clădire sau pe un sit industrial, pompierii își riscă viața, deoarece poate dura mult timp pentru a detecta sursa. Aceste drone noi pot avea implicații majore în acest domeniu.

Proiectarea inteligenței artificiale pentru drone

Cel mai mare obstacol pentru cercetători a fost proiectarea inteligenței artificiale (IA) necesare pentru această sarcină complexă. Din cauza dimensiunii mici a dronelor, componentele computaționale și de memorie trebuiau să se potrivească strâns în ele. Cercetătorii s-au bazat pe strategii de navigare și căutare inspirate de natură.

Cercetarea a fost publicată pe serverul de articole ArXiv și va fi prezentată la conferința de robotică IROS mai târziu în acest an.

Ce este necesar pentru localizarea autonomă a surselor de gaz

Sarcina de localizare autonomă a surselor de gaz este extrem de complexă și necesită senzori de gaz artificiali care nu sunt foarte capabili să detecteze cantități mici de gaz. Ei se luptă, de asemenea, să rămână sensibili la schimbări rapide în concentrația de gaz.

În afara sarcinii în sine, mediul cauzează, de asemenea, probleme atunci când este complex. Din aceste motive, cercetarea tradițională s-a concentrat pe roboți individuali care caută o sursă de gaz în medii mici, fără obstacole.

Guido de Croon este profesor universitar la Laboratorul de vehicule aeriene mici de la TU Delft.

“Suntem convinși că stolurile de drone mici sunt o direcție promițătoare pentru localizarea autonomă a surselor de gaz,” spune Guido de Croon. “Dimensiunea mică a dronelor le face foarte sigure pentru oameni și proprietăți care sunt încă în clădire, în timp ce capacitatea lor de zbor le va permite să caute sursa în trei dimensiuni. Mai mult, dimensiunea lor mică le permite să zboare în zone interioare înguste. În final, având un stol de astfel de drone le permite să localizeze o sursă de gaz mai rapid, evitând maximele locale de concentrație de gaz pentru a găsi sursa reală.”

În ciuda beneficiilor acestor proprietăți, ele fac, de asemenea, dificilă implementarea inteligenței artificiale în drone pentru localizarea autonomă a surselor de gaz. Din cauza limitărilor din jurul senzorilor și procesării la bord, algoritmii de inteligență artificială utilizați în vehiculele autonome nu sunt aplicabili. Deoarece funcționează în stoluri, dronele trebuie, de asemenea, să evite coliziunile între ele în timp ce colaborează.

Bart Duisterhof a efectuat cercetarea la TU Delft.

“În realitate, există multe exemple de navigare și localizare a surselor de miros cu succes în cadrul unor constrângeri stricte de resurse,” spune Duisterhof. “Gândiți-vă cum muștele de fructe cu creierul lor mic de ~100.000 de neuroni localizează bananele din bucătăria dvs. în vara. Ei fac acest lucru prin combinarea elegantă a comportamentelor simple, cum ar fi zborul cu vântul sau perpendicular pe vânt, în funcție de faptul dacă simt mirosul. Deși nu am putut copia direct aceste comportamente din cauza lipsei de senzori de curent pe roboții noștri, am insuflat roboților noștri comportamente simple similare pentru a aborda sarcina.”

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

Dronele mici se bazează pe un nou algoritm “bug” numit “Sniffy Bug”, care le permite să se răspândească înainte de a detecta orice gaz. Acest lucru le permite să acopere medii largi și să evite obstacole sau pe altele.

Odată ce una dintre drone detectează gaz, comunică acest lucru altora, care vor colabora apoi pentru a găsi sursa de gaz cât mai repede posibil. Mai exact, dronele efectuează o căutare pentru concentrația maximă de gaz cu un algoritm numit “optimizare a particulelor”, sau PSO, unde fiecare dronă acționează ca o particulă.

Algoritmul a fost inspirat de comportamentul și mișcarea stolurilor de păsări, cu fiecare dronă mișcându-se în funcție de locația sa percepută cu cea mai mare concentrație de gaz, locația cea mai mare a stolului și direcția și inerția sa curentă. Unul dintre beneficiile PSO este că necesită doar măsurarea concentrației de gaz fără gradientul de concentrație de gaz sau direcția vântului.

“Această cercetare arată că stolurile de drone mici pot efectua sarcini foarte complexe,” spune Guido. “Sperăm că această lucrare va constitui o sursă de inspirație pentru alți cercetători în robotică să reevalueze tipul de inteligență artificială necesară pentru zborul autonom.”