Ze wegen slechts 33 gram, hebben nauwelijks sensoren en maar zeer beperkte rekenkracht. Toch kunnen nieuw ontwikkelde minidrones gezamenlijk een onbekende omgeving verkennen.
Als insecten in een zwerm vliegen, kunnen ze vrij makkelijk hun weg vinden, ook al hebben ze individueel geen groot brein. Dat inspireerde onderzoekers van de TU Delft, de Radboud Universiteit in Nijmegen en de University of Liverpool om kleine drones te ontwikkelen die in staat zijn hun individuele beperkingen te overwinnen door gezamenlijk op te trekken. Zwermen van kleine, goedkope robots kunnen zo voor taken worden ingezet waarvoor nu grote, dure robots nodig zijn.
De onderzoekers ontwikkelden een methode waarmee de kleine drones elkaar kunnen waarnemen en ontwijken. Zo is elke drone voorzien van een chip waarmee ze kunnen communiceren. De makers hebben gebruik gemaakt van de signaalsterkte tussen die chips, zegt Kimberly McGuire, de promovenda die het project uitvoerde, in een persbericht. Die signaalsterkte is een maat voor de onderlinge afstand, 'net zoals het aantal streepjes op het scherm van je telefoon kleiner wordt als je je thuis verder van de Wi-Fi-router beweegt.' Dat heeft als voordeel dat er geen extra hardware nodig is en er maar weinig berekeningen nodig zijn, terwijl er gen risico is dat de drones tegen elkaar aan vliegen.
Verkenning
Voor een test van de zwerm werden een paar drones van een camera voorzien. Ze werden er vervolgens in een overdekte kantooromgeving op uitgestuurd om twee dummy-poppen te vinden. Binnen zes minuten slaagde een zwerm van zes drones erin om ongeveer 80 procent van de open kamers te verkennen. Voor één afzonderlijke drone was dat volgens de onderzoekers onmogelijk geweest.
Daarnaast bleek het gebruik van een zwerm nog een ander voordeel te hebben. Eén drone ontdekte weliswaar een dummy, maar ging vervolgens stuk en kon de beelden niet terugsturen. Omdat een andere drone de pop ook had gefilmd, kwam die informatie toch bij het team binnen.
Vervang de kantooromgeving uit de test door een rampgebied en de dummypoppen door slachtoffers en het wordt in een keer duidelijk welke toepassing de ontwerpers van de minidrones voor ogen hebben. Zwermen van kleine en betaalbare drones zouden een grote rol kunnen spelen in het lokaliseren van slachtoffers.
Autonome navigatie
De Delftse drones zijn extreem klein (ze wegen slechts 33 gram) en hun vermogen om waar te nemen en te rekenen is gering. Om ze toch te kunnen inzetten, namen de onderzoekers een voorbeeld aan insecten. Ook die maken geen gedetailleerde plattegrond van hun omgeving, maar onthouden enkel een paar herkenningspunten, voedselbronnen en hun nest.
De voorgestelde navigatiemethode is een nieuw type bug algorithm, ofwel 'insectenalgoritme', zegt McGuire. “Zulke algoritmes maken geen plattegrond van de omgeving met daarin alle obstakels, maar ontwijken de obstakels gewoon wanneer ze die tegenkomen. In principe is een gedetailleerde plattegrond heel handig, omdat een robot dan van het ene punt op de kaart naar het andere kan navigeren volgens een optimale route. Maar voor kleine robots is het te duur om zo’n plattegrond te maken. Het voorgestelde bug algorithm levert minder efficiënte routes op, maar heeft als voordeel dat het ook in piepkleine robots kan worden geïmplementeerd.'
Het enige dat de robot moet kunnen, is het terugvinden van de weg naar het basisstation, zegt hoofdonderzoeker Guido de Croon. 'Eerst verspreidt de zwerm robots zich over de omgeving, waarbij elke robot een andere voorkeursrichting volgt. Na de verkenning keren de robots terug naar een draadloos baken bij het basisstation.'
Zes minidrones verkennen in minder dan zes minuten een hele kantoorverdieping. Ze vertrekken vanaf het basisstation op de startlocatie in het midden, gaan op verkenning uit en keren uiteindelijk terug naar het basisstation
Het onderzoek heeft vier jaar geduurd en werd gefinancierd door de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) in het kader van het programma Natural Artificial Intelligence. Behalve voor verkenningsvluchten in rampsituaties zouden de drones ook geschikt zijn om bijvoorbeeld de oogst te inspecteren in een kas. De onderzoekers publiceren hun bevindingen woensdag in het wetenschappelijke tijdschrift Science Robotics.
Beelden: TU Delft
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.