Ingenieurs bij Caltech hebben een Drone gegeven om een ​​hele zwerm vogels Away From Luchthavens Herd

Ingenieurs bij Caltech hebben een nieuwe controle-algoritme dat een drone in staat stelt om een ​​hele zwerm vogels weg te drijven van het luchtruim van een luchthaven ontwikkeld. Het algoritme wordt gepresenteerd in een studie in IEEE Transactions on Robotics.

Het project werd geïnspireerd door de 2009 “Miracle on the Hudson,” als US Airways vlucht 1549 sloeg een kudde ganzen kort na het opstijgen en pilots Chesley Sullenberger en Jeffrey Skiles werden gedwongen te landen in de rivier de Hudson uit Manhattan.

“De passagiers op de vlucht 1549 waren alleen gered omdat de piloten waren zo bekwaam,” zegt Soon-Jo Chung, een universitair hoofddocent van de ruimtevaart en Bren Scholar in de afdeling Engineering and Applied Science, evenals een JPL onderzoeker, en de hoofdonderzoeker van de drone hoeden project. “Het deed me denken dat de volgende keer zo'n happy end misschien niet. Dus ging ik op zoek naar manieren om het luchtruim tegen vogels te beschermen door gebruik te maken van mijn onderzoek gebieden in autonomie en robotica.”

Credit: Soon-Jo Chung / Caltech

Huidige strategieën voor het regelen van het luchtruim onder andere het wijzigen van de omgeving om het minder aantrekkelijk voor vogels maken, met behulp van getrainde valken kudden af ​​te schrikken, of zelfs het besturen van een drone om de vogels af te schrikken. Deze strategieën kan kostbaar zijn of in het geval van de met de hand bestuurd drone-onbetrouwbaar, zegt Chung, wie is als onderzoeker verbonden aan Caltech het Centrum voor autonome systemen en technologieën.

“Wanneer hoeden vogels vanaf een luchtruim, je moet heel voorzichtig zijn in de manier waarop u uw drone positie te zijn. Als het te ver weg, het zal de kudde niet verplaatsen. En als het te dichtbij komt, loopt u het risico verstrooiing de kudde en het maken van het volledig oncontroleerbare. Dat is moeilijk te doen met een geloodst drone.”

Hoeden vertrouwt op de mogelijkheid om een ​​kudde te beheren als een enkele, tezamen bevatte entiteit hem terwijl verschuift het bewegingsrichting. Elke vogel in een koppel reageert op veranderingen in het gedrag van de dieren om het dichtstbijzijnde. Effectieve hoeden vereist een externe dreiging, in dit geval, de dar te positioneren zodanig dat stimuleert vogels langs de rand van een kudde koersveranderingen die vervolgens invloed vogels dichtst bij hen, die vogels invloed verder in de kudde, enzovoorts, totdat de gehele kudde van koers verandert. De positionering moet nauwkeurig zijn, echter: als de dreiging van buitenaf krijgt te ijverig en biezen bij de kudde, zullen de vogels in paniek en individueel handelen, niet collectief.

In 2013, terwijl hij was een assistent-professor aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign, Chung kreeg een National Science Foundation LOOPBAAN Award om het probleem aan te pakken. Oorspronkelijk, Chung bedoeld opbouwen een self-guided, flapping robot waarvan de vlucht nabootsen die van een valk, ervan uitgaande dat de bioinspired ontwerp zou het nog meer effectief in het beheersen van schapen door hen met een natuurlijke-schijnbare dreiging. Terwijl het werk in die richting gedaan op een geheel nieuwe stijl van drone-the “Bat Bot” dat Chung in onthulde 2017 vond hij dat een off-the-shelf quadrotor drone net zo effectief bij het hoeden van vogels was.

Om de drone te leren om zelfstandig te hoeden, Chung en zijn collega's, met inbegrip van Aditya Paranjape van het Imperial College London, een van zijn voormalige studenten, bestudeerd en afgeleide een wiskundig model van massaal dynamiek te beschrijven hoe zwermen bouwen en formaties behouden, hoe ze reageren op bedreigingen langs de rand van de kudde, en hoe ze vervolgens communiceren die dreiging door de kudde. Hun werk verbetert algoritmes ontworpen voor het hoeden van schapen, die alleen nodig om in twee dimensies, in plaats van drie.

“We zorgvuldig bestudeerd kudde dynamiek en interactie tussen koppels en achtervolgers om een ​​wiskundig correct hoeden algoritme dat veilige verplaatsing van schapen zorgt het gebruik van autonome drones ontwikkelen,” zegt Kyunam Kim, postdoctorale geleerde in de ruimtevaart bij Caltech en een co-auteur van de IEEE papier.

Ooit waren ze in staat om het genereren van een wiskundige beschrijving van massaal gedrag, de onderzoekers omkeren ontworpen om precies te zien hoe het naderen van externe bedreigingen zou worden gereageerd door kudden, en vervolgens gebruikt deze informatie om een ​​nieuwe hoeden algoritme dat ideaal vliegroutes voor inkomende drones produceert om de kudde uit de buurt van een beschermd luchtruim bewegen zonder dispergeren creëren.

“Mijn vorige onderzoek richtte zich op ruimtevaartuigen en drone zwermen, die bleek verrassend relevant voor dit project zijn,” Chung zegt.

Het team testte het algoritme op een zwerm vogels in de buurt van een veld in Korea en vond dat een enkele drone een kudde van tientallen vogels uit een aangewezen luchtruim kon houden. De effectiviteit van het algoritme wordt alleen beperkt door het aantal en de grootte van de inkomende vogels, Chung zegt, toe te voegen dat het team van plan om manieren om het project te schalen voor meerdere drones het omgaan met meerdere koppels verkennen.

Bron:

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