Inĝenieroj ĉe Caltech Instruis Virabelon Gregi tutan aron da Birdoj For de Flughavenoj

Inĝenieroj ĉe Caltech evoluigis novan kontrolalgoritmon kiu ebligas al ununura virabelo gregigi tutan aron da birdoj for de la aerspaco de flughaveno.. La algoritmo estas prezentita en studo en IEEE-Transakcioj pri Robotiko.

La projekto estis inspirita de la 2009 “Miraklo sur la Hudson,” kiam US Airways Flight 1549 frapis aron de anseroj baldaŭ post deteriĝo kaj pilotoj Chesley Sullenberger kaj Jeffrey Skiles estis devigitaj alteriĝi en la Hudsono de Manhatano..

“La pasaĝeroj sur Flugo 1549 estis savitaj nur ĉar la pilotoj estis tiel lertaj,” diras Baldaŭ-Jo Chung, lektoro de aerospaco kaj Bren Scholar en la Dividado de Inĝenieristiko kaj Aplikata Scienco same kiel JPL-esploristo., kaj la ĉefesploristo pri la virabela gregprojekto. “Ĝi pensigis min, ke venontfoje eble ne havos tian feliĉan finon. Do mi komencis serĉi manierojn protekti aerspacon kontraŭ birdoj utiligante miajn esplorajn areojn en aŭtonomio kaj robotiko.”

Kredito: Baldaŭ-Jo Chung/Caltech

Nunaj strategioj por kontrolado de aerspaco inkludas modifi la ĉirkaŭan medion por igi ĝin malpli alloga al birdoj, uzante edukitajn falkojn por fortimigi arojn, aŭ eĉ pilotante virabelon por timigi la birdojn. Ĉi tiuj strategioj povas esti multekostaj aŭ - en la kazo de la mane pilotata virabelo - nefidindaj, diras Chung, kiu estas esploristo ĉe la Centro por Aŭtonomaj Sistemoj kaj Teknologioj de Caltech.

“Kiam paŝtigas birdojn for de aerspaco, vi devas esti tre singarda pri kiel vi poziciigas vian virabilon. Se ĝi estas tro malproksime, ĝi ne movos la gregon. Kaj se ĝi tro proksimas, vi riskas disĵeti la gregon kaj igi ĝin tute neregebla. Tio estas malfacile fari kun pilotata virabelo.”

Gregigo dependas de la kapablo administri gregon kiel unuopaĵo, enhavita ento—tenante ĝin kune dum ŝanĝanta ĝian direkton de vojaĝado. Ĉiu birdo en aro reagas al ŝanĝoj en la konduto de la plej proksimaj birdoj al ĝi. Efika gregigado postulas eksteran minacon - en ĉi tiu kazo, la virabelo—por poziciigi sin tiel ke ĝi instigas birdojn laŭ la rando de grego fari kursoŝanĝojn kiuj tiam influas la birdojn plej proksimajn al ili., kiuj influas birdojn pli malproksimen en la gregon, kaj tiel plu, ĝis la tuta grego ŝanĝas direkton. La poziciigado devas esti preciza, tamen: se la ekstera minaco fariĝas tro fervora kaj rapidas al la grego, la birdoj panikiĝos kaj agos individue, ne kolektive.

En 2013, dum li estis lektoro ĉe la Universitato de Ilinojso ĉe Urbana-Champaign, Chung ricevis National Science Foundation CAREER Award por trakti la problemon. Origine, Chung intencis konstrui mem-gviditan, batanta roboto kies flugo imitus tiun de falko, supozante ke la bioinspira dezajno igus ĝin eĉ pli efika ĉe kontrolado de aroj prezentante ilin kun natura ŝajna minaco.. Dum la laboro en tiu direkto ja donis tute novan stilon de virabelo—la “Bat Bot” kiun Chung rivelis en 2017—li trovis, ke ordinara quadrotor-virabelo estis same efika ĉe paŝtado de birdoj..

Instrui al la virabelo gregi aŭtonome, Chung kaj liaj kolegoj, inkluzive de Aditya Paranjape de Imperial College London, unu el liaj iamaj gradstudantoj, studis kaj derivis matematikan modelon de amasa dinamiko por priskribi kiel aroj konstruas kaj konservas formaciojn., kiel ili respondas al minacoj laŭ la rando de la grego, kaj kiel ili tiam komunikas tiun minacon tra la grego. Ilia laboro plibonigas algoritmojn destinitajn por paŝtado de ŝafoj, kiu nur bezonis labori en du dimensioj, anstataŭ tri.

“Ni zorge studis la dinamikon de aroj kaj la interagadon inter aroj kaj persekutantoj por evoluigi matematike solidan gregigan algoritmon, kiu certigas sekuran translokadon de aroj per aŭtonomaj virabeloj.,” diras Kyunam Kim, postdoktoriĝa akademiulo en aerospaco ĉe Caltech kaj kunaŭtoro de la IEEE-artikolo.

Iam ili povis generi matematikan priskribon de amasaj kondutoj, la esploristoj inversigis ĝin por vidi ĝuste kiel alproksimiĝantaj eksteraj minacoj estus responditaj de aroj., kaj tiam uzis tiujn informojn por krei novan gregigan algoritmon kiu produktas idealajn flugvojojn por alvenantaj virabeloj por movi la gregon for de protektita aerspaco sen disigi ĝin..

“Mia antaŭa esplorado koncentriĝis pri kosmoŝipoj kaj virabelsvarmoj, kiu montriĝis surprize grava por ĉi tiu projekto,” Chung diras.

La teamo testis la algoritmon sur aro de birdoj proksime de kampo en Koreio kaj trovis, ke ununura virabelo povas konservi aron de dekoj da birdoj ekstere de difinita aerspaco.. La efikeco de la algoritmo estas nur limigita de la nombro kaj grandeco de la alvenantaj birdoj, Chung diras, aldonante, ke la teamo planas esplori manierojn pligrandigi la projekton por multoblaj virabeloj traktantaj plurajn arojn..

Fonto:

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