Похожие на насекомых рой беспилотников исследует неизвестную среду

Исследователи подчерпнули вдохновение из мира насекомых, чтобы создать рой крошечных дронов, которые могут самостоятельно исследовать неизвестную среду. Профессор Ливерпульского университета Карл Туйлс является частью команды, чья новая работа, опубликованная в Science Robotics, представляет собой значительный шаг вперед в области развития системы роботизированного роя.

Рой крошечных летающих роботов обладает огромным потенциалом для исследования неизвестных, закрытых помещений и может проводить поисково-спасательные миссии. Их небольшой размер позволяет им перемещаться в узких пространствах, а их легкий вес делает дронов безопасными для работы с людьми. До сих пор эта задача была недоступна из-за отсутствия адекватных навигационных приспособлений.

Теперь, после четырех лет работы, исследователи из TU Delft и Radboud University в Нидерландах и Университета Ливерпуля представляют решение, называемое «алгоритм роя жучков», которое позволяет рою крошечных летающих роботов автономно исследовать неизвестную среду и впоследствии прибыть обратно в пункт отправления.

Преимущества роя

В рамках проекта исследователи оснастили крошечные 30-граммовые коммерческие беспилотники «готовыми» камерами и отправили их в офисное помещение, чтобы найти двух манекенов, представляющих собой жертв некого бедствия. Эта поисково-спасательная задача с доказательством концепции ясно показала преимущество наличия роя. В течение 6 минут рой из 6 дронов смог исследовать около 80% открытых комнат - что было бы невозможно, если бы беспилотник был один.

Кроме того, это также оказалось полезным для резервирования. Один беспилотник нашел жертву, но из-за аппаратного сбоя камеры мы не смогли получить с нее изображение, но другой дрон, прилетевший в качестве поддержки, смог запечатлеть жертву бедствия.

Недостатки роя

Одна из ключевых задач в исследовании роя лежит на уровне индивидуального интеллекта дронов. Команда разработала метод, позволяющий маленьким дронам обнаруживать и избегать друг друга, используя в каждом беспилотнике микросхему беспроводной связи и сигналы, посылаемые ими. Однако самой сложной задачей было заставить маленьких роботов самостоятельно перемещаться в неизвестной среде.

Причина заключается в том, что крошечный робот очень ограничен с точки зрения восприятия и вычислений. Команда взялась за это, черпая вдохновение из относительной простоты навигации насекомых при разработке своего нового «алгоритма ошибок». Алгоритмы ошибок Насекомые не делают очень подробные карты местности. Вместо этого они сохраняют ориентиры и места, очень важные в той или иной степени, такие как источники пищи и свое гнездо.

«Основная идея, лежащая в основе нового метода навигации, заключается в том, чтобы снизить наши навигационные ожидания до предела: нам требуется только, чтобы роботы могли вернуться обратно к точке отправления», - говорит Гвидо де Крун, главный исследователь проекта. «Рой роботов сначала распространяется в окружающей среде, заставляя каждого робота следовать разным предпочтительным направлениям.

После исследования роботы возвращаются к беспроводному маяку, расположенному в точке начала операции». «Предложенный метод навигации является новым типом алгоритма ошибок», добавляет доктор философии Кимберли Мак Гвайр, которая выполняла проектные работы. «Алгоритмы ошибок не делают карты окружающей среды, но распространяется на препятствия в пространстве.

В принципе, подробные карты очень удобны, потому что они позволяют роботу перемещаться из любой точки на карте в любую другую точку по оптимальному пути. Однако стоимость создания такой карты на крошечных роботах непомерно высока. Предложенный алгоритм ошибок приводит к менее эффективным путям, но преимуществом выступает то, что его можно реализовать даже на крошечных роботах».

Профессор Тоулс из факультета компьютерных наук университета говорит: «Метод навигации, позаимствованный у насекомых, является не только важным инновационным шагом вперед в исследованиях по использованию маленьких беспилотников в поисково-спасательных миссиях, но и служит обещанием решить другие подобные сложные задачи с помощью роботов в будущем, например помощь во вводе в эксплуатацию роботизированных складских помещений или мониторинга в сельском хозяйстве».