06/06/2023
Door Ad Spijkers
Dankzij technologie kunnen drones zelf reageren op veranderingen in de omgeving.
Het belang en het aantal drones is flink toegenomen, maar hun potentie van toepassing in zwermen wordt niet vaak gebruikt. Het is mogelijk om grote aantallen drones synchroon te laten vliegen, maar deze zwermen worden voorgeprogrammeerd door teams van animators en verfijnd met urenlange computersimulaties. Onderzoekers aan de University of Houston in Texas werken aan het verfijnen van algoritmen om een gecoördineerde controle van zwermen drones te bedenken.
Oud concept
Het is een feit dat robots geschikt zijn om mensen te bevrijden van banen die saai, vies en gevaarlijk zijn. Dat geldt ook voor vliegende robots ofwel drones. Goedkope drones zijn wereldwijd wijd verspreid. Ze worden ingezet voor een verscheidenheid aan taken, waaronder teledetectie, situationeel bewustzijn, levering van medicijnen en pakketten en als communicatierelais. Maar er zijn toepassingen, ook militaire, die vragen om de inzet van niet één enkele drone, maar zwermen drones om taken uit te voeren.
Maar hoewel hun belang en de aantallen flink zijn toegenomen, is hun potentie om te opereren in zwermen niet vaak gebruikt. Zwermen worden nu tijdrovend en duur voorgeprogrammeerd. Wat zou er mogelijk zijn als de drones zelf dynamisch zouden kunnen reageren op obstakels, voertuigen, roofdieren en insectenzwermen? Het concept wordt al eeuwen beheerst door vogels die in zwermen vliegen en vissen die in scholen zwemmen.
Onderzoek
Deze bewegingen zijn niet voorgeprogrammeerd, maar zijn gebaseerd op lokale beslissingen van individuele vogels of vissen. De onderzoekers in Texas werken aan het verfijnen van algoritmen om diezelfde theorieën toe te passen om gecoördineerde besturing van drones te bedenken. Ze willen met zwermen drones de vlootachtige levering van diensten verbeteren.
Het merendeel van het huidige onderzoek naar zwermen volgt hetzelfde patroon. Het vertrouwt op offline berekeningen of gebruikt eenvoudige, op regels gebaseerde logica, zoals 'raak je buurman niet terwijl je de leider volgt'. Computers zijn goed in snelle berekeningen en het implementeren van tactieken, maar mensen kunnen uitblinken in strategische besluitvorming. Die twee eigenschappen willen de onderzoekers combineren.
Ze willen dat hun zwermen zich optimaal gedragen en toch vlot reageren op veranderingen in de omgeving. Ze streven ernaar om berekeningen op drones te gebruiken om lokaal slimme beslissingen te nemen. Die informatie geven ze door aan de computer van de operator om duidelijke visualisaties te maken, waarna de menselijke operator beslissingen op hoog niveau kan nemen.
Twee scenario's
Er zullen twee initiële toepassingsscenario's worden bestudeerd. Het eerste scenario is luchtwaarneming van een bosbrand, waarbij de zwerm drones zowel de brand moet volgen als communicatie moet doorgeven aan brandweerlieden. Het tweede scenario is voor luchtbeveiliging van een bedrijf of campus. Drones moeten voertuigen begeleiden die de campus binnenkomen en verlaten, maar elke drone heeft een beperkte levensduur van de batterij en moet opladen wanneer de batterijen leeg zijn.
De onderzoekers gebruiken jarenlange ervaring in het bestuderen en ontwikkelen van robots nu om dronezwermen te verbeteren. In het verleden hebben ze gewerkt aan het besturen van grote zwermen robots en het verkennen van systemen waarbij slechts een handvol instructies nodig waren om grote groepen robots te begeleiden bij het uitvoeren van taken.
Foto: University of Houston