Die Ingenieure bei Caltech haben eine Drone Unterrichtet eine ganze Herde von Vögel weg von Flughäfen Herde

Die Ingenieure bei Caltech haben einen neuen Regelalgorithmus entwickelt, der eine ganze Vogelschwarm Herde weg vom Luftraum eines Flughafens eine einzige Drohne ermöglicht. Der Algorithmus wird in einer Studie präsentiert in IEEE Transactions on Robotics.

Das Projekt wurde von der inspirierten 2009 “Wunder auf dem Hudson,” wenn US Airways Flug 1549 eine Herde von Gänsen schlug kurz nach dem Start und Piloten Chesley Sullenberger und Jeffrey Skiles gezwungen waren, in den Hudson River aus Manhattan zu landen.

“Die Passagiere auf Flug 1549 nur gerettet wurden, weil die Piloten so geschickt waren,” sagt Soon-Jo Chung, ein Associate Professor für Luft- und Raumfahrt und Bren Scholar in der Abteilung für Technik und angewandte Wissenschaft sowie ein JPL Forscher, und der Principal Investigator der Drohne Herding Projekt. “Es machte ich denke, dass beim nächsten Mal nicht so ein glückliches Ende haben könnte. So begann ich nach Möglichkeiten suchen Luftraum von Vögeln zu schützen, indem sie meine Forschungsbereiche in Autonomie und Robotik nutzen.”

Kredit: Soon-Jo Chung / Caltech

Aktuelle Strategien für Luftraum Steuern der Umgebung gehören zu modifizieren, um sie weniger attraktiv für Vögel, ausgebildete Falken mit Herden abzuschrecken, oder sogar Pilotierung eine Drohne, die Vögel zu erschrecken. Diese Strategien können teuer sein oder-im Falle der Hand pilotiert Drohnen unzuverlässig, sagt Chung, wer ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am California Institute of Technology Center for Autonomous Systems und Technologies.

“Wenn in Herden leben Vögel weg von einem Luftraum, Sie müssen sehr vorsichtig sein, wie Sie Ihre Drohne positionieren. Wenn es zu weit weg, es wird die die Herde nicht bewegen. Und wenn es zu nahe kommt, Sie riskieren Streuen der Herde und macht es völlig unkontrollierbar. Das ist schwierig, mit einem gesteuerten Drohne zu tun.”

Herding beruht auf der Fähigkeit, eine Herde als eine einzige zu verwalten, enthaltenen einheits hält sie zusammen, während seine Fahrrichtung verschieben. Jeder Vogel in einer Herde reagiert auf Veränderungen im Verhalten der Vögel am nächsten liegt. Effektiver Herden lebt erfordert eine externe Bedrohung in diesem Fall, die Drohnen positionieren sich so, dass sie Vögel entlang der Kante einer Herde zu Kursänderungen vornehmen, die dann die Vögel beeinflussen sie am nächsten ermutigt, die Auswirkungen auf Vögel weiter in die Herde, und so weiter, bis die gesamte Herde Kurs ändert. Die Positionierung muss präzise sein, jedoch: wenn die äußere Bedrohung wird zu eifrig und eilt an der Herde, die Vögel einzeln Panik und handeln, nicht kollektiv.

Im 2013, während er war in Urbana-Champaign Assistant Professor an der University of Illinois, Chung erhielt eine National Science Foundation Career Award, das Problem zu lösen. Ursprünglich, Chung soll ein selbstgelenkten bauen, flattern Roboter, dessen Fluges würde, dass ein Falke nachahmen, herauszufinden, dass das biologisch inspirierte Design es noch effektiver bei der Kontrolle Herden machen würde sie mit einer natürlichen anmutender Bedrohung durch die Vorlage. Während die Arbeit in dieser Richtung hat eine völlig neue Art der Drohnen der Ausbeute “Bitte Bot” dass Chung in enthüllen 2017-er festgestellt, dass eine Off-the-shelf Quadrocopter Drohne bei Herden leben Vögel genauso wirksam war.

Zu lehren, die Drohne autonom Herde, Chung und seine Kollegen, einschließlich Aditya Paranjape vom Imperial College London, einer seiner ehemaligen Studenten, studierte und abgeleitet, ein mathematisches Modell Dynamik der Beflockung zu beschreiben, wie Herden aufzubauen und zu pflegen Formationen, wie sie auf Bedrohungen entlang der Kante der Herde antworten, und wie sie kommunizieren dann die Bedrohung durch die Herde. Ihre Arbeit verbessert auf Algorithmen für Schafe in Herd entworfen, die nur in zwei Dimensionen zu arbeiten, benötigt, anstelle von drei.

“Wir studierten sorgfältig Herde Dynamik und Interaktion zwischen den Herden und Verfolgern einen mathematisch fundierten Herding Algorithmus zu entwickeln, die sichere Verlegung von Herden mit autonomen Drohnen gewährleistet,” sagt Kyunam Kim, Postdoc-Stipendiat in der Luft- und Raumfahrt am Caltech und ein Co-Autor des IEEE Papiers.

Sobald sie waren in der Lage, eine mathematische Beschreibung der Beflockung Verhaltensweisen zu erzeugen, die Forscher entwickelten umkehren, genau zu sehen, wie externe Bedrohungen Annäherung von Herden beantwortet werden würde, und verwendet diese Informationen dann einen neuen Herden leben Algorithmus zu schaffen, die ideale Flugrouten für ankommende Drohnen produziert die Herde weg von einem geschützten Luftraum zu bewegen, ohne es zu Dispergieren.

“Meine bisherigen Forschung konzentrierte sich auf Satelliten und Drohnen-Schwärme, das stellte sich heraus, für dieses Projekt überraschend relevant sein,” Chung sagt.

Das Team testete den Algorithmus auf einem Vogelschwarm in der Nähe eines Feldes in Korea und stellte fest, dass eine einzige Drohne eine Herde von Dutzenden von Vögeln aus einem bestimmten Luftraum halten konnte. Die Wirksamkeit des Algorithmus wird nur durch die Anzahl und die Größe der eingehenden Vögel begrenzt, Chung sagt, fügte hinzu, dass das Team das Projekt sich für mehrere Drohnen Umgang mit mehreren Herden zu untersuchen, wie plant maßstabs.

Quelle:

http://www.caltech.edu, von Robert Perkins