[PWC-MEDIA] Persbericht TU Delft: Zwerm kleine drones verkent onbekende omgeving

  • From: Dimmy van Ruiten <D.M.vanRuiten@xxxxxxxxxx>
  • To: "pwc-media@xxxxxxxxxxxxx" <pwc-media@xxxxxxxxxxxxx>
  • Date: Wed, 23 Oct 2019 18:00:06 +0000

Zwerm kleine drones verkent onbekende omgeving
Onderzoekers hebben een zwerm piepkleine drones gepresenteerd die geheel 
zelfstandig een onbekende omgeving kan verkennen. Dit werk, dat op 23 oktober 
is gepubliceerd in Science Robotics, is een belangrijke stap vooruit binnen het 
vakgebied van de zwermrobotica. De uitdaging zit hem in het feit dat de 
piepkleine, 33 gram wegende drones autonoom moeten navigeren met zeer beperkte 
sensoren en rekencapaciteit. Het gezamenlijke onderzoeksteam - bestaande uit 
onderzoekers van de TU Delft, de Universiteit van Liverpool en de Radboud 
Universiteit Nijmegen - hebben deze uitdaging opgelost door zich te laten 
inspireren door de relatieve eenvoud waarmee insecten hun weg vinden.
Inspiratie uit de natuur
Insectenzwermen brachten robotici op het idee dat kleine robots hun individuele 
beperkingen ook kunnen overwinnen door als zwerm te opereren. Zwermen kleine, 
goedkope robots zouden dan taken kunnen uitvoeren die momenteel buiten de 
mogelijkheden vallen van grote, individuele robots. Zo zou een zwerm kleine, 
vliegende drones een rampgebied veel sneller kunnen verkennen dan één grotere 
drone. Tot nu toe leken dergelijke zwermen toekomstmuziek.
Reddingsoperaties
De afgelopen vier jaar heeft een gezamenlijk onderzoeksteam van de TU Delft, de 
Universiteit van Liverpool en de Radboud Universiteit Nijmegen, zich ingezet om 
een zwerm piepkleine drones te ontwerpen die in staat is om een onbekende 
omgeving te verkennen. Het onderzoek werd gefinancierd door de Nederlandse 
Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) in het kader van het 
programma Natural Artificial Intelligence. Het doel van het onderzoeksproject 
was om stappen te zetten in de richting van het gebruik van zwermen drones bij 
reddingsoperaties.
Het voornaamste uitgangspunt was dat reddingswerkers in de toekomst een zwerm 
kleine drones zouden kunnen loslaten om een rampgebied, bijvoorbeeld een gebouw 
dat op instorten staat, te verkennen. Die zwerm drones zou het gebouw 
binnenvliegen, dit verkennen en vervolgens terugkeren naar het basisstation met 
relevante informatie. Daardoor zouden de reddingswerkers hun inspanningen 
kunnen richten op de meest relevante gebieden, bijvoorbeeld gebieden met 
overlevenden.
[cid:image001.jpg@01D589BA.E422B5A0]
Twee minidrones ontwijken elkaar tijdens het verkennen van een gebouw (Foto: 
Guus Schonewille/ TU Delft)
Zoeken naar slachtoffers
Voor het project werden piepkleine drones van camera's voorzien en er in een 
overdekte kantooromgeving op uitgestuurd om twee dummy's te vinden die de rol 
vervulden van slachtoffers in een rampsituatie. Uit deze reddingsopdracht, die 
als 'proof of concept' dienst deed, bleek duidelijk dat een zwerm voordelen 
biedt. Binnen zes minuten slaagde een zwerm van zes drones erin om ongeveer 80% 
van de open kamers te verkennen - wat voor één afzonderlijke drone onmogelijk 
zou zijn geweest. Daarnaast bleek het gebruik van een zwerm gunstig voor de 
redundantie. Eén drone ontdekte een slachtoffer, maar kon vanwege een 
hardwarefout in de camera geen beelden terugbrengen. Gelukkig legde een andere 
drone het slachtoffer ook op camera vast.
[cid:image002.jpg@01D589BA.E422B5A0]
Een drone die een kamer verkent op zoek naar een (rode) dummy (links), en het 
"slachtoffer" gezien vanuit de boordcamera van de minidrone (Beeld: MAVLab TU 
Delft)
Uitdaging
"De grootste uitdaging bij het realiseren van verkenning door zwermen zit hem 
in de individuele intelligentie van de drones", vertelt Kimberly McGuire, de 
promovenda die het project uitvoerde. "Aan het begin van het project lag onze 
focus op het realiseren van de basale vliegfuncties, zoals het regelen van de 
snelheid en het vermijden van obstakels. Vervolgens hebben we een methode 
ontworpen waarmee de kleine drones elkaar konden waarnemen en ontwijken. 
Daarvoor hebben we elke drone voorzien van een chip voor draadloze communicatie 
en hebben we gebruik gemaakt van de signaalsterkte tussen die chips, een beetje 
zoals het aantal streepjes op het scherm van je telefoon kleiner wordt als je 
je thuis verder van de Wi-Fi-router beweegt. De grootste voordelen van deze 
methode zijn dat er geen extra hardware op de drone voor nodig is en er maar 
weinig berekeningen nodig zijn."
Autonome navigatie
De grootste uitdaging bij verkenning door zwermen is dat het lastig is om 
kleine robots zelfstandig hun weg te laten vinden door een onbekende omgeving. 
Dit komt omdat kleine robots heel beperkt zijn in hun vermogen om waar te nemen 
en te rekenen.
Ook hier bood de natuur belangrijke inspiratie. Insecten maken geen 
gedetailleerde plattegronden. In plaats daarvan onthouden ze herkenningspunten 
en plekken die relevant zijn voor hun gedrag, zoals voedselbronnen en hun nest. 
"Het voornaamste idee achter de nieuwe navigatiemethode is om minimale eisen te 
stellen aan de navigatie: het enige wat wij van de robots eisen is dat zij de 
weg kunnen terugvinden naar het basisstation", vertelt Guido de Croon, 
hoofdonderzoeker van het project. "Eerst verspreidt de zwerm robots zich door 
de omgeving, waarbij elke robot een andere voorkeursrichting volgt. Na de 
verkenning keren de robots terug naar een draadloos baken bij het basisstation."
Insectenalgoritme
"De voorgestelde navigatiemethode is een nieuw type bug algorithm of 
insectenalgoritme", vervolgt Kimberly McGuire. "Zulke algoritmes maken geen 
plattegrond van de omgeving met daarin alle obstakels, maar ontwijken de 
obstakels gewoon wanneer ze die tegenkomen. In principe is een gedetailleerde 
plattegrond heel handig, omdat een robot dan van het ene punt op de kaart naar 
het andere kan navigeren volgens een optimale route. Maar voor kleine robots is 
het te duur om zo'n plattegrond te maken. Het voorgestelde bug algorithm levert 
minder efficiënte routes op, maar heeft als voordeel dat het ook in piepkleine 
robots kan worden geïmplementeerd."
[cid:image003.jpg@01D589BA.E422B5A0]
Trajecten van zes minidrones die in minder dan zes minuten een hele 
kantoorverdieping verkennen. De drones vertrekken vanaf het basisstation op de 
startlocatie in het midden, verkennen de open kamers, en keren ten slotte terug 
naar het basisstation (Beeld: MAVLab TU Delft)
[cid:image004.jpg@01D589BA.E422B5A0]<https://www.youtube.com/playlist?list=PL_KSX9GOn2P9okvQGaGMP7KdXmF-7_iSV>
https://www.youtube.com/playlist?list=PL_KSX9GOn2P9okvQGaGMP7KdXmF-7_iSV
Meer informatie
Minimal navigation solution for a swarm of tiny flying robots to explore an 
unknown environment
K.N. McGuire, C. De Wagter, K. Tuyls, H.J. Kappen, G.C.H.E. de Croon
Science Robotics, 23 October 2019
DOI: 10.1126/scirobotics.aaw9710
http://robotics.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/scirobotics.aaw9710
Het onderzoeksteam:
Kimberly McGuire, Christophe De Wagter en Guido de Croon (TU Delft)
Karl Tuyls (Universiteit van Liverpool)
Bert Kappen (Radboud Universiteit Nijmegen)
Gefinancierd door de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek 
(NWO), in het kader van het onderzoeksprogramma Natural Artificial Intelligence.
Contactinformatie:
Guido de Croon, +31 648255416, 
g.c.h.e.decroon@xxxxxxxxxx<mailto:g.c.h.e.decroon@xxxxxxxxxx>
Dimmy van Ruiten (persvoorlichter TU Delft), +31 6 39844164, 
d.m.vanruiten@xxxxxxxxxx<mailto:d.m.vanruiten@xxxxxxxxxx>
Bij geen gehoor: +31 152789111 (algemene persvoorlichting TU Delft)
Video:
YouTube playlist:
https://www.youtube.com/playlist?list=PL_KSX9GOn2P9okvQGaGMP7KdXmF-7_iSV
Meer video's:
https://surfdrive.surf.nl/files/index.php/s/gt1kdiOZI8VeaRj
Foto's:
https://surfdrive.surf.nl/files/index.php/s/EKAwnvW2eALbvfI

JPEG image

JPEG image

JPEG image

JPEG image

Other related posts:

  • » [PWC-MEDIA] Persbericht TU Delft: Zwerm kleine drones verkent onbekende omgeving - Dimmy van Ruiten