Forskare Utvecklar Swarm av Minidroner för att Utforska Okända Miljöer

Forskare från Delft University of Technology har utvecklat en swarm av minidroner som kan utforska okända miljöer på egen hand. Forskningen presenterades den 23 oktober i Science Robotics. Detta nya arbete är viktigt för den pågående utvecklingen av swarmrobotik. 

En av de mest utmanande delarna av att utveckla dessa minirobotar var att de måste kunna flytta sig på egen hand, och därför behövde man göra något åt deras begränsade sensoriska och beräkningsförmåga. Teamet, som bestod av forskare från TU Delft, University of Liverpool och Radbound University of Nijmegen, tittade på insektsnavigering som en modell. 

Enorm Potential

Som nämnts många gånger på denna webbplats är swarmrobotik ett växande område som kan leda till många möjligheter. De verkliga insekts swarmen har använts som en modell för minirobotar. En enskild robot kan vara begränsad i sina förmågor, men genom att gruppera många tillsammans kan man skapa nya förmågor. De små robotarna är ofta billigare, och de kan utföra uppgifter som många större robotar inte kan. Med hjälp av små robotdrönare som agerar i en swarm kan man snabbt utforska och förstå katastrofområden. Denna teknik är inte ute ännu, men forskare arbetar ständigt med den på grund av de stora möjligheterna. 

Det gemensamma forskningsteamet från TU Delft, University of Liverpool och Radbound University of Nijmegen finansieras av den nederländska nationella vetenskapsstiftelsen NWO Natural Artificial Intelligence programme. 

Ett av de viktigaste områdena där denna teknik kan användas är inom sök- och räddningsuppdrag. Forskningslaget utvecklade swarmen av drönare med tanken att använda dem i sådana uppdrag. Om laget lyckas med vad de vill, kommer räddningsarbetare att kunna använda swarmen av minidroner för att utforska ett katastrofområde och rapportera tillbaka. Till exempel skulle en byggnad som är på väg att kollapsa utforskas av drönarna, och de skulle sedan rapportera tillbaka med platserna för personer inne i byggnaden. 

Swarmen av minidroner kunde också utrustas med kameror för att hitta offer. Forskningslaget testade detta genom att skicka drönarna in i en inomhuskontorsmiljö som innehöll två dummyoffer. Experimentet var en framgång, och en swarm av 6 drönare utforskade 80% av de öppna rummen inom 6 minuter. Denna uppgift är inte möjlig med bara en drönare. 

En annan fördel med att ha flera små drönare är att om en drönare fungerar dåligt och inte kan återlämna en bild, finns det flera andra med samma information. Detta visades i testet när en drönare hittade ett offer men förlorade bilden, och en annan kom tillbaka med den. 

Största Utmaningar

Kimberly McGuire är en doktorand som arbetade med projektet. 

“Den största utmaningen i att uppnå swarmutforskning ligger på nivån av den enskilda intelligensen hos drönarna”, säger McGuire. “I början av projektet fokuserade vi på att uppnå grundläggande flygförmåga, såsom att kontrollera hastigheten och undvika hinder. Efter det utformade vi en metod för att de små drönarna skulle kunna upptäcka och undvika varandra. Vi löste detta genom att ge varje drönare en trådlös kommunikationschip och sedan utnyttja signalstyrkan mellan dessa chip — detta är som antalet streck som visas på din telefon som minskar när du flyttar dig bort från din WiFi-router hemma. De viktigaste fördelarna med denna metod är att den inte kräver extra hårdvara på drönaren och att den kräver mycket få beräkningar.” 

Den svåraste delen av att utveckla dessa miniswarmrobotar är autonom navigering. Det är extremt svårt att få en grupp av små robotar att navigera i en helt okänd miljö. Detta är den främsta anledningen till att forskarna vände sig till insekter som en modell; de navigerar ofta i miljöer utan någon tidigare kunskap om dem. 

“Den huvudsakliga idén bakom den nya navigeringsmetoden är att reducera våra navigationsförväntningar till det yttersta: vi kräver bara att robotarna ska kunna navigera tillbaka till basstationen”, säger Guido de Croon, huvudutredare för projektet. “Swarmen av robotar sprider ut sig i miljön genom att varje robot följer en annan föredragen riktning. Efter utforskning återvänder robotarna till en trådlös beacon belägen vid basstationen.” 

Denna nya utveckling är bara en av många som kommer ut från robotiken. Swarmrobotik är ett viktigt område som öppnar upp många nya möjligheter.