นักวิจัยพัฒนา Swarm Drones เพื่อระบุตำแหน่งของแก๊สรั่ว

นักวิจัยจาก Delft University of Technology ได้พัฒนาโดรนขนาดเล็กกลุ่มแรกที่สามารถตรวจจับและระบุตำแหน่งการรั่วไหลของก๊าซได้โดยอัตโนมัติในสภาพแวดล้อมในร่มที่คับแคบ ในการค้นหาการรั่วไหลของก๊าซในอาคารหรือพื้นที่อุตสาหกรรม นักผจญเพลิงที่เป็นมนุษย์ต้องเสี่ยงชีวิตเนื่องจากอาจใช้เวลานานในการตรวจจับแหล่งที่มา โดรนใหม่เหล่านี้อาจมีนัยสำคัญในด้านนี้

การออกแบบ AI สำหรับโดรน

อุปสรรคที่ใหญ่ที่สุดสำหรับนักวิจัยคือการออกแบบปัญญาประดิษฐ์ (AI) ที่จำเป็นสำหรับงานที่ซับซ้อน เนื่องจากโดรนมีขนาดเล็ก ชิ้นส่วนคอมพิวเตอร์และหน่วยความจำจึงจำเป็นต้องติดตั้งให้แน่น นักวิจัยอาศัยกลยุทธ์การนำทางและการค้นหาที่ได้รับแรงบันดาลใจจากชีวภาพ 

พื้นที่ การวิจัย เผยแพร่บนเซิร์ฟเวอร์บทความ ArXiv และจะนำเสนอในการประชุมหุ่นยนต์ IROS ปลายปีนี้

สิ่งที่จำเป็นสำหรับการแปลแหล่งที่มาของก๊าซอัตโนมัติ

งานของการแปลแหล่งที่มาของก๊าซอัตโนมัตินั้นซับซ้อนมากและต้องใช้เซ็นเซอร์ก๊าซเทียมซึ่งไม่สามารถตรวจจับก๊าซในปริมาณเล็กน้อยได้มากนัก พวกเขายังต้องดิ้นรนเพื่อให้ไวต่อการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของความเข้มข้นของก๊าซ 

นอกจากงานจริงแล้ว สภาพแวดล้อมยังทำให้เกิดปัญหาเมื่อมีความซับซ้อน ด้วยเหตุผลเหล่านี้ การวิจัยแบบดั้งเดิมจึงพัฒนาโดยใช้หุ่นยนต์ตัวเดียวที่ค้นหาแหล่งก๊าซในสภาพแวดล้อมขนาดเล็กที่ปราศจากสิ่งกีดขวาง 

Guido de Croon เป็นศาสตราจารย์เต็มตัวที่ห้องปฏิบัติการ Micro Air Vehicle ของ TU Delft 

Guido de Croon กล่าวว่า "เราเชื่อมั่นว่าฝูงโดรนเล็กๆ “ขนาดที่เล็กของโดรนทำให้พวกมันปลอดภัยต่อมนุษย์และทรัพย์สินใดๆ ที่ยังอยู่ในอาคาร ในขณะที่ความสามารถในการบินจะทำให้พวกมันสามารถค้นหาแหล่งที่มาในรูปแบบสามมิติได้ในที่สุด ยิ่งไปกว่านั้น ขนาดที่เล็กทำให้บินในพื้นที่ในร่มแคบๆ ได้ ในที่สุด การมีฝูงโดรนเหล่านี้ช่วยให้พวกมันสามารถระบุตำแหน่งแหล่งก๊าซได้รวดเร็วขึ้น ในขณะเดียวกันก็หลีกหนีความเข้มข้นสูงสุดของก๊าซในท้องถิ่นเพื่อค้นหาแหล่งที่มาที่แท้จริง”

แม้จะมีประโยชน์จากคุณสมบัติเหล่านี้ แต่ก็ทำให้วิศวกรนำ AI ไปใช้กับโดรนเพื่อการแปลแหล่งที่มาของก๊าซอัตโนมัติได้ยาก เนื่องจากข้อจำกัดเกี่ยวกับการตรวจจับและการประมวลผลบนเครื่องบิน อัลกอริทึม AI ที่ใช้ในยานพาหนะที่ขับเคลื่อนด้วยตัวเองจึงไม่สามารถใช้ได้ เนื่องจากพวกมันทำงานเป็นฝูง โดรนจึงต้องหลีกเลี่ยงการชนกันในขณะที่ทำงานร่วมกัน

Bart Duisterhof ทำการวิจัยที่ TU Delft 

“อันที่จริงแล้ว มีตัวอย่างมากมายของการนำทางที่ประสบความสำเร็จและการแปลแหล่งที่มาของกลิ่นภายใต้ข้อจำกัดด้านทรัพยากรที่เข้มงวด” Duisterhof กล่าว “ลองคิดดูสิว่าแมลงวันผลไม้ที่มีสมองเล็ก ๆ กว่า 100,000 เซลล์ของพวกมันสามารถหากล้วยในครัวของคุณได้อย่างไรในฤดูร้อน พวกเขาทำสิ่งนี้โดยผสมผสานพฤติกรรมง่ายๆ อย่างหรูหรา เช่น บินทวนลมหรือบินไปตามลม ขึ้นอยู่กับว่าพวกมันสัมผัสกลิ่นได้หรือไม่ แม้ว่าเราจะไม่สามารถคัดลอกพฤติกรรมเหล่านี้ได้โดยตรงเนื่องจากไม่มีเซ็นเซอร์วัดกระแสลมบนหุ่นยนต์ของเรา แต่เราได้ปลูกฝังให้หุ่นยนต์ของเรามีพฤติกรรมง่ายๆ ที่คล้ายกันเพื่อรับมือกับงานนี้”

โดรนขนาดเล็กอาศัยอัลกอริทึม "แมลง" ใหม่ที่เรียกว่า "Sniffy Bug" ซึ่งช่วยให้โดรนกระจายออกก่อนที่จะตรวจพบก๊าซใดๆ สิ่งนี้ทำให้สามารถครอบคลุมสภาพแวดล้อมขนาดใหญ่และหลีกเลี่ยงสิ่งกีดขวางหรือซึ่งกันและกัน 

เมื่อโดรนตัวใดตัวหนึ่งตรวจจับก๊าซได้ ก็จะส่งสัญญาณไปยังตัวอื่นๆ ซึ่งจะทำงานร่วมกันเพื่อค้นหาแหล่งก๊าซให้เร็วที่สุด โดยเฉพาะอย่างยิ่ง โดรนจะทำการค้นหาความเข้มข้นของก๊าซสูงสุดด้วยอัลกอริทึมที่เรียกว่า “การเพิ่มประสิทธิภาพการจับกลุ่มอนุภาค” หรือ PSO โดยที่โดรนแต่ละตัวจะทำหน้าที่เป็นอนุภาค 

อัลกอริธึมได้รับแรงบันดาลใจจากพฤติกรรมทางสังคมและการเคลื่อนไหวของฝูงนก โดยโดรนแต่ละตัวจะเคลื่อนที่ตามตำแหน่งความเข้มข้นของก๊าซสูงสุดที่ตัวมันเองรับรู้ ตำแหน่งสูงสุดของฝูง ตลอดจนทิศทางการเคลื่อนที่และความเฉื่อยในปัจจุบัน ข้อดีอย่างหนึ่งของ PSO คือต้องการการวัดความเข้มข้นของก๊าซเท่านั้นโดยไม่ต้องใช้การไล่ระดับความเข้มข้นของก๊าซหรือทิศทางลม

“งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่าฝูงโดรนขนาดเล็กสามารถทำงานที่ซับซ้อนได้” Guido กล่าว “เราหวังว่าผลงานชิ้นนี้จะเป็นแรงบันดาลใจให้นักวิจัยหุ่นยนต์คนอื่นๆ คิดใหม่เกี่ยวกับประเภทของ AI ที่จำเป็นสำหรับการบินอัตโนมัติ”