Gaslekken detecteren met zwerm autonome kleine drones

Onderzoekers van de TU Delft, de Universiteit van Barcelona en Harvard University hebben een zwerm kleine drones ontwikkeld die autonoom gasbronnen kunnen detecteren en lokaliseren in onoverzichtelijke binnenruimten.

Trefwoorden: #drones, #gasdetectie, #TU Delft

Lees verder

research

( Foto: TU Delft )

ENGINEERINGNET.BE - De kunstmatige intelligentie voor deze complexe taak vormde de belangrijkste uitdaging voor de onderzoekers, aangezien rekenvermogen en geheugen van de kleine drones zeer beperkt waren. Ze losten dit probleem op door middel van op de natuur geïnspireerde navigatie- en zoekstrategieën.

Het onderzoek vormt een belangrijke stap in de ontwikkeling van intelligentie van kleine robots. Het praktisch belang is groot, want gaslekken kunnen hiermee efficiënter worden gevonden zonder dat mensen hun leven op het spel hoeven te zetten.

Autonome lokalisatie van gasbronnen is een complexe taak. Kunstmatige gassensoren zijn minder goed dan dierenneuzen in staat om kleine hoeveelheden gas te detecteren en te reageren op snelle veranderingen in de gasconcentratie.

Veel van het onderzoek op dit gebied heeft zich dan ook gericht op zelfstandige robots die naar een gasbron zoeken in vrij kleine omgevingen zonder obstakels, waarin de bron gemakkelijker te vinden is.

Een zwerm kleine drones gaat een gebouw binnen op zoek naar een gaslek. Het onderzoeksteam heeft commercieel verkrijgbare CrazyFlie-drones gebruikt, die een diameter van 12 cm hebben en slechts ongeveer 37.5 gram wegen.

Omdat de drones zo klein zijn, is het anderzijds wel heel moeilijk om ze van de kunstmatige intelligentie te voorzien die noodzakelijk is voor autonome lokalisatie van een gasbron. De sensoren en rekenkracht aan boord van de drones zijn uiterst beperkt, en niet geschikt voor het type AI-algoritme waardoor auto’s autonoom kunnen rijden.

Bovendien brengt het opereren in een zwerm zijn eigen uitdagingen met zich mee, aangezien de drones elkaar moeten opmerken om botsingen te vermijden en samen te werken.

De kleine drones beschikken voor hun navigatie over een nieuw ‘insectenalgoritme’, genaamd ‘Sniffy Bug’. Zolang er nog geen drone gas heeft geroken, verspreiden de drones zich zoveel mogelijk over de omgeving, terwijl ze obstakels en elkaar ontwijken. Als een van de drones gas detecteert, geeft hij dit door aan de anderen. Vanaf dat moment gaan de drones met elkaar samenwerken om zo snel mogelijk de gasbron te vinden.

De zwerm zoekt dan de maximale gasconcentratie met een algoritme genaamd ‘particle swarm optimization’ (PSO), waarbij elke drone fungeert als een ‘deeltje’.

Video: