Wygląda na to, że nie upłynął tydzień bez wieści o tym, jak drony znacznie ułatwią nam życie, ani o tym, co mogą teraz zrobić, aby nas zabawiać. Ostatnio pojawiły się doniesienia o latających urządzeniach dostarczających golfistom jedzenie na polu w Dakocie Północnej i wykorzystywanych jako tancerze rezerwowi na pokazach Drake'a.
Ale z dala od ostatnich dziewięciu scen koncertowych i koncertowych autonomiczne pojazdy latające robią poważny interes, od ratowania życia podczas huraganów po udzielanie pomocy starzejącym się rolnikom. A jeśli projekt badawczy Uniwersytetu Ryżu dojdzie do skutku, rój dronów może pewnego dnia współpracować, aby wykryć toksyczne gazy w atmosferze i wyznaczyć bezpieczny obwód.
Naukowcy we współpracy z Baylor College of Medicine and Technology For All, organizacją non-profit z Houston, otrzymali niedawno grant w wysokości 1, 5 miliona dolarów od National Science Foundation., szczególnie po ekstremalnych zjawiskach pogodowych.
W rzeczywistości, jak zauważył Edward Knightly, inżynier elektryk i informatyk kierujący badaniami, tego rodzaju katastrofa prawie nie zdarzyła się wkrótce po huraganie Harvey w zeszłym roku, gdy pierwsi respondenci zachorowali na wyciek gazu z fabryki chemicznej w pobliżu Houston.
„Pierwsi respondenci weszli, aby ustawić obwód około dwóch i pół kilometra, aby ostrzec mieszkańców dzielnicy”, mówi. „Ale ci pierwsi ratownicy sami byli hospitalizowani. Obwód był zbyt blisko źródła, ale nie wiedzieli o tym. Nikt nie wiedział.
„I to świetny przykład tego, gdzie moglibyśmy wysłać drony z bezpiecznej odległości, a oni mogą dowiedzieć się, gdzie jest bezpieczna granica, wpływ wiatru, czy w powietrzu zachodziły reakcje chemiczne. Znalezienie i wyznaczenie właściwych granic to złożona decyzja i uważamy, że drony mogą być bardzo pomocne w podjęciu tej decyzji. ”
Myślenie małe
Jednak umożliwienie dronom rozpoznawania lotnych gazów w czasie rzeczywistym wiąże się z dużymi wyzwaniami. Na początek, czy skuteczne czujniki można skalować do rozmiaru i wagi, które mogą zmieścić się na dronie? Zespół współpracuje z Frankiem Tittelem, emerytowanym profesorem Rice i pionierem w stosowaniu laserów do wykrywania podpisów cząsteczek.
„Musimy zmniejszyć czujniki do półtora kilograma lub mniej”, mówi Knightly. „Opracował sposoby dla laserów do wykrywania stężeń gazu dla wielu różnych gazów. Ale zazwyczaj projektuje systemy do użytku na ziemi. Nigdy nie miał do czynienia z tworzeniem czujników z takim ograniczeniem masy lub wielkości. ”
W tym punkcie głównym celem projektu było wyostrzenie inteligencji floty dronów, znanej jako ASTRO. Podczas gdy w przyszłości nacisk zostanie położony na wykrywanie gazu, zakres wiedzy ASTRO był szerszy. Celem było opracowanie systemu, w którym drony mogą współpracować - bez interwencji człowieka - w celu znajdowania obiektów.
Knightly wyjaśnia, że zespół wyszkolił swoją flotę czterech dronów, aby wyśledzić urządzenie bezprzewodowe, w tym jedno na ruchomym wózku golfowym. I odbywa się to „poza siecią”, bez człowieka na ziemi, który kierowałby rzeczami za pomocą pilota.
„Chcemy, aby sieć dronów nie tylko mogła latać między sobą, ale nawet jeśli nie ma dostępnej komunikacji powietrze-ziemia”, mówi. „W przypadku ekstremalnych warunków pogodowych i awarii infrastruktury nadal chcemy wysyłać drony w celu zebrania informacji o niebezpiecznym obszarze”.
Zanim zaczną cokolwiek śledzić, drony wykorzystują swoją sztuczną inteligencję do poznawania swojego otoczenia. Rycerz nazywa to „fazą poszukiwania i uczenia się”. Drony rozpoczynają misje, najpierw rozpościerając się, aby dosłownie uzyskać ukształtowanie terenu, cały czas komunikując się ze sobą, aby nie gromadziły się w jednym obszarze.
„Na przykład przed zlokalizowaniem i śledzeniem urządzenia bezprzewodowego ważne jest, aby nauczyli się środowiska” - mówi Knightly. „Czy jest dużo drzew? Wysokie budynki? Czy jest to szeroko otwarte przestrzenie? Celem jest poznanie środowiska, aby mogli dokładnie śledzić ”.
Rój i śledzenie
Następnie przechodzą do fazy drugiej, która trafnie nazywa się „rojem i śledzeniem”. Ponownie, gdy obiekt docelowy jest urządzeniem bezprzewodowym, zidentyfikowali, gdzie jego sygnał jest najsilniejszy, i tam właśnie drony łączą się jak rój . W przypadku niebezpiecznego zdarzenia może to być miejsce, w którym odczyt gazu jest najsilniejszy.
„Ustalają, że powinniśmy to mierzyć, więc zbierzmy trochę danych w wysokiej rozdzielczości”, mówi Knightly.
„Oczywiście, wszystkie gazy mają swoje własne sygnatury spektralne”, dodaje. „Kiedy drony znikną, pojawi się mieszanka różnych gazów. To nie będzie wyraźny sygnał tylko jednego. Potrzebujemy więc dronów, aby poznać środowisko, porównać je z opracowanymi statystycznymi modelami podstawowymi, a następnie móc zidentyfikować źródła niebezpiecznych emisji i granice ich rozprzestrzeniania się. ”
Luca Mottola, profesor nadzwyczajny na Wydziale Elektroniki, Informacji i Bioinżynierii na Politechnice w Mediolanie, uważa, że jest to „paradygmatyczny przykład”, kiedy drony mogą być bardziej skuteczne niż jakakolwiek inna technologia.
„Możliwość wędrowania bez ograniczeń, przy jednoczesnym przenoszeniu bogatych obciążeń sensorów, daje im wyjątkowy zestaw możliwości” - mówi Mottola, wiodący ekspert w dziedzinie bezprzewodowych i dronowych sieci czujników. „Obecnie dostępna technologia umożliwiająca radzenie sobie z podobnymi scenariuszami w dużej mierze opiera się na interwencji człowieka, dlatego jest znacznie wolniejsza i podatna na błędy.
„Zatem wpływ wdrożenia technologii dronów jest zatem wielokrotnie. Szybsze reagowanie może zapewnić lepszą ochronę zasobów, ograniczyć uszkodzenia konstrukcji i złagodzić wpływ na ludzkie życie”.
Naukowcy z Rice mają nadzieję przetestować swoje drony wykrywające gaz w idealnym miejscu w pobliżu - w Houston Ship Channel, z licznymi rafineriami chemicznymi i zakładami przetwórstwa przemysłowego. W miarę postępu projektu flota może się rozszerzyć nawet do dziesięciu dronów.
Zespół opracował również aplikację mobilną z myślą, że może wykorzystać wyniki badań dronów do wysyłania ostrzeżeń o jakości powietrza w czasie rzeczywistym na telefony mieszkańców.
„Sprowadzilibyśmy lekarzy, którzy pomogliby ustalić progi dla społeczności”, mówi Knightly. „Kiedy jest typowy dzień? A kiedy jest dzień na schronienie?
