Er lijkt geen week voorbij te gaan zonder meer nieuws over hoe drones ons leven zoveel gemakkelijker gaan maken of wat ze nu kunnen doen om ons te vermaken. Onlangs waren er berichten over de vliegende apparaten die voedsel aan golfspelers op een cursus in North Dakota bezorgden en als back-dansers bij Drake's shows werden gebruikt.
Maar ver weg van de achterste negen en concertpodia doen autonome vliegende voertuigen serieus zaken, van het helpen van levens redden tijdens orkanen tot het helpen van oudere boeren. En als een onderzoeksproject van de Rice University tot stand komt, kan een zwerm drones op een dag samenwerken om giftige gassen in de atmosfeer te detecteren en een veilige perimeter in kaart te brengen.
Gestimuleerd door een recente subsidie van $ 1, 5 miljoen van de National Science Foundation, zullen de wetenschappers, in samenwerking met het Baylor College of Medicine and Technology For All, een non-profit in Houston, zich richten op het geven van drones de intelligentie om te snuffelen waar gevaarlijke vervuiling zich heeft verspreid na explosies of lekken, vooral na extreme weersomstandigheden.
In feite, merkte Edward Knightly op, de elektrotechnisch en computeringenieur die het onderzoek leidde, gebeurde dat soort van ramp niet ver weg na orkaan Harvey vorig jaar, toen eerste hulpverleners ziek werden door een gaslek van een chemische fabriek in de buurt van Houston.
"De eerste respondenten gingen binnen om een omtrek van ongeveer twee en een halve kilometer in te stellen om buurtbewoners te waarschuwen, " zegt hij. “Maar die eerste hulpverleners werden zelf in het ziekenhuis opgenomen. De omtrek was te dicht bij de bron, maar dat wisten ze niet. Niemand wist het.
“En dat is een goed voorbeeld van waar we drones vanaf een veilige afstand kunnen insturen en ze kunnen uitzoeken waar een veilige grens is, het effect van de wind, of er chemische reacties in de lucht zijn geweest. Het vinden en instellen van de juiste grenzen is een complexe beslissing, en we denken dat drones een grote hulp kunnen zijn bij het nemen van die beslissing. "
Klein denken
Maar het geven van drones de mogelijkheid om vluchtige gassen in realtime te identificeren, brengt een aantal grote uitdagingen met zich mee. Om te beginnen, kunnen effectieve sensoren worden verkleind tot een grootte en gewicht die op een drone passen? Het team werkt samen met Frank Tittel, emeritus hoogleraar bij Rice en een pionier in het gebruik van lasers om de handtekeningen van moleculen te detecteren.
"We moeten de sensoren krimpen tot anderhalve kilogram of minder", zegt Knightly. “Hij heeft manieren ontwikkeld voor lasers om gasconcentraties te detecteren voor een grote verscheidenheid aan gassen. Maar meestal ontwerpt hij systemen voor gebruik op de grond. Hij heeft nooit te maken gehad met het maken van sensoren met deze massa- of groottebeperking. '
Veel van de focus van het project tot nu toe was het verscherpen van de intelligentie van de dronevloot, bekend als ASTRO. Hoewel de focus in de toekomst zal liggen op gasdetectievermogen, is het leren van ASTRO breder van opzet. Het doel was om een systeem te ontwikkelen waarbij de drones kunnen samenwerken - zonder menselijke tussenkomst - om objecten te vinden.
Knightly legt uit dat het team zijn vloot van vier drones heeft getraind om een draadloos apparaat op te sporen, waaronder een op een bewegende golfkar. En het gebeurt 'off-the-grid', zonder dat er een mens op de grond dingen regelt met een afstandsbediening.
"We willen dat het netwerk van drones niet alleen onderling kan vliegen, maar zelfs als er geen lucht-grondcommunicatie beschikbaar is", zegt hij. "Als er extreem weer is en de infrastructuur uitvalt, willen we nog steeds drones kunnen sturen om informatie over een gevaarlijk gebied te verzamelen."
Voordat ze iets beginnen te volgen, gebruiken de drones hun kunstmatige intelligentie om over hun omgeving te leren. Het is wat Knightly de 'zoek- en leerfase' noemt. De drones beginnen missies door zich eerst te verspreiden om letterlijk het land te veroveren, de hele tijd met elkaar communicerend zodat ze niet in één gebied opduiken.
“Voordat ze bijvoorbeeld een draadloos apparaat kunnen vinden en volgen, is het belangrijk dat ze de omgeving leren kennen, ” zegt Knightly. “Zijn er veel bomen? Hoge gebouwen? Of is het wijd open ruimtes? Het doel is om de omgeving te leren zodat ze nauwkeurig kunnen volgen. ”
Zwerm en spoor
Daarna gaan ze door naar fase twee, die toepasselijk 'zwerm en spoor' wordt genoemd. Nogmaals, wanneer het doelobject een draadloos apparaat is, hebben ze vastgesteld waar het signaal het sterkst is, en dat is waar de drones samenkomen als een zwerm . In het geval van een gevaarlijke gebeurtenis kan het zijn waar een gasmeting het sterkst is.
"Ze bepalen dat dit is wat we moeten meten, dus laten we wat gegevens met hoge resolutie gaan verzamelen, " zegt Knightly.
"Natuurlijk hebben gassen allemaal hun eigen spectrale kenmerken", voegt hij eraan toe. “Wanneer de drones uitgaan, komt er een mix van verschillende gassen. Het wordt geen duidelijk signaal van slechts één. We hebben de drones dus nodig om meer te weten te komen over het milieu, te vergelijken met statistische baselinemodellen die we hebben ontwikkeld, en om vervolgens de bronnen van gevaarlijke emissies en de grenzen van waar ze zich hebben verspreid te identificeren. "
Luca Mottola, universitair hoofddocent aan de Afdeling Elektronica, Informatie en Bioengineering aan de Polytechnische Universiteit van Milaan, is van mening dat dit een "paradigmatisch voorbeeld" is van wanneer drones effectiever kunnen zijn dan enige andere technologie.
"De mogelijkheid om ongedwongen rond te dwalen, terwijl ze rijke sensorbelastingen met zich meebrengen, geeft ze een unieke set mogelijkheden", zegt Mottola, een toonaangevende expert op het gebied van draadloze en drone-sensornetwerken. "Momenteel beschikbare technologie om vergelijkbare scenario's aan te pakken, is sterk afhankelijk van menselijk ingrijpen en is daarom veel langzamer en vatbaar voor fouten.
"De impact van de inzet van dronetechnologie is daarom veelvoudig. Sneller reageren kan een betere bescherming van bedrijfsmiddelen bieden, schade aan structuren beperken en de impact op mensenlevens verbeteren."
De rijstonderzoekers hopen uiteindelijk hun drones met gasdetectie te kunnen testen op een ideale locatie in de buurt: het Houston Ship Channel, met zijn vele chemische raffinaderijen en industriële verwerkingsfabrieken. Naarmate het project vordert, kan de vloot worden uitgebreid tot wel tien drones.
Het team heeft ook een mobiele app ontwikkeld met het idee dat het de bevindingen van de dronesensor kan gebruiken om realtime waarschuwingen voor de luchtkwaliteit naar de telefoons van bewoners te sturen.
"We zouden artsen binnenhalen om drempels voor een gemeenschap te helpen vaststellen, " zegt Knightly. “Wanneer is het een typische dag? En wanneer is het een dag om op zijn plaats te schuilen? '
