Begint het toch weer met de bloemetjes en de bijtjes. Wetenschappers van de TU Delft en de Westfälische Hochschule hebben een methode ontwikkeld waarmee drones kunnen leren hoe ze even soepel als een bij kunnen vliegen en landen en objecten kunnen omzeilen. Het onderzoek biedt tevens nieuwe inzichten in de intelligentie van insecten. De bevindingen werden deze week gepubliceerd in het vaktijdschrift Nature Machine Intelligence.
Insecten maken bij vliegen en landen gebruik van een techniek die ‘optische flow’ wordt genoemd. Ze kunnen de snelheid bepalen waarmee objecten door hun gezichtsveld bewegen. Ook nemen ze bijvoorbeeld bij het landen waar hoe snel een blaadje of een grassprietje op hem afkomt. Door tijdig hun eigen snelheid te verminderen weten ze een soepele landing te maken.
Drones en andere vliegende robots zijn voor hun vlieggedrag afhankelijk van sensoren en processoren die ze aan boord hebben. Ze gaan natuurlijk beter vliegen als ze met meer navigatiesystemen worden uitgerust. Maar ze worden dan ook zwaarder en groter. Vandaar dat wetenschappers zijn gaan kijken hoe insecten hun weg weten te vinden in het doolhof van bloemen, blaadjes en sprietjes met hongerige vogels en meppende mensenhanden.
Optische flow
“We zijn gaan werken met die techniek van de optische flow uit enthousiasme over de elegante, eenvoudige strategieën die vliegende insecten gebruiken”, aldus Guido de Croon in een persbericht van de TU Delft. Hij is hoogleraar Bio-inspired Micro Air Vehicles en eerste auteur van het artikel. Het bleek echter moeilijker dan gedacht. “Zo landden onze vliegende robots op een gegeven moment niet, maar bleven ze vlak boven het oppervlak oscilleren, oftewel op en neer gaan.”
Er spelen twee fundamentele problemen. Optische flow verschaft alleen gecombineerde informatie over afstand en snelheid. Niet over afstand of snelheid afzonderlijk. Als bijvoorbeeld twee drones gaan landen zijn en één daarvan twee keer zo hoog en snel vliegt als de andere, nemen ze allebei dezelfde optische flow waar. Ze moeten echter reageren op de veranderende divergentie van de optische flow. Als een drone zijn reacties bij het landen niet aanpast aan de hoogte, komt hij nooit op de grond terecht, maar blijft hij daarboven oscilleren. Daarnaast is volgens de onderzoekers de optische flow in de vliegrichting van de drone of robot heel klein. Daardoor zijn obstakels heel moeilijk te ontdekken.
Afstanden schatten
Om dat probleem op te lossen kwam De Croon op de gedachte de met kunstmatige intelligentie (AI) uitgeruste robots te leren afstanden te schatten. De wetenschapper had onlangs daarover een theorie ontwikkeld. Volgens hem konden vliegende robots door actief te oscilleren afstanden waarnemen. Robots leren zo hoe bijvoorbeeld gras er vanaf verschillende afstanden uitziet tijdens het landen, of hoe dik boomstammen op verschillende afstanden zijn als hij door een bos vliegt.
“Dat leverde veel snellere en vloeiendere landingen op dan voorheen”, vertelt Christophe De Wagter, onderzoeker aan de TU Delft en coauteur van het artikel. De drones namen nu obstakels in de vliegrichting goed waar en wisten die te ontwijken.
Intelligente insecten
De bevindingen hebben ook een nieuwe hypothese over de intelligentie van insecten opgeleverd. “Het hier gepresenteerde leerproces biedt een nieuwe hypothese over de manier waarop vliegende insecten in de loop van hun leven hun navigatievermogen verbeteren, bijvoorbeeld om te landen. Dat wijst erop dat we meer onderzoek naar deze leerfase moeten doen,” vertelt Tobias Seidl, bioloog en hoogleraar aan de Westfälische Hochschule.
Lees via deze link meer IO-artikelen over drones
Foto: Drones kunnen oscillaties gebruiken om de afstand tot objecten te bepalen. Op deze foto leert de drone om objecten te detecteren en te vermijden in de experimentele Flight Arena van de TU Delft. (Afbeelding: MAVLab TU Delft)
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
