Ruiken dat er ergens gas lekt, kunnen we prima. Maar ontdekken waar dat lek zit, is een ander verhaal. Zeker als het om een groot gebouw gaat, of bijvoorbeeld een industrieterrein. Onderzoekers van de TU Delft, de Universiteit van Barcelona en Harvard University hebben nu kleine drones ontwikkeld die met elkaar in een zwerm zulke lekken kunnen opsporen. Dat kunnen ze beter dan kunstmatige gassensoren. En het is een stuk veiliger voor brandweermensen.
De wetenschappers stellen de drones later dit jaar voor op de gerenommeerde IROS-roboticaconferentie. Het onderzoek vormt een belangrijke stap in de ontwikkeling van intelligentie van kleine robots, aldus de TU Delft in een persbericht.
Autonome lokalisatie van gasbronnen is een complexe taak. Kunstmatige gassensoren zijn minder goed dan dierenneuzen in staat om kleine hoeveelheden gas te detecteren en te reageren op snelle veranderingen in de gasconcentratie. Bovendien kan de omgeving waarin het gas zich verspreidt complex zijn. Veel van het onderzoek op dit gebied heeft zich dan ook gericht op zelfstandige robots die naar een gasbron zoeken in vrij kleine omgevingen zonder obstakels, waarin de bron gemakkelijker te vinden is.
Zwermen kleine drones
“We zijn ervan overtuigd dat werken met een zwerm kleine drones een veelbelovende aanpak is voor autonome lokalisatie van gasbronnen”, zegt Guido de Croon, hoogleraar bij het Micro Air Vehicle laboratory van de TU Delft. “Door de geringe omvang van de drones zijn ze zeer veilig voor mensen en spullen die zich eventueel nog in het gebouw bevinden. Omdat ze kunnen vliegen, kunnen ze uiteindelijk in drie dimensies naar de bron zoeken. Bovendien zijn ze door hun formaat ook bruikbaar in kleine binnenruimtes.”
Fruitvliegjes
De drones zijn namelijk vrij klein. In het onderzoek werden CrazyFlie-drones gebruikt, die een diameter van 12 cm hebben en slechts ongeveer 37.5 gram wegen. Dat maakt het moeilijk om ze veel intelligentie mee te geven. Toch moeten ze in staat zijn om hun weg te vinden, gas te ontdekken en ook nog eens in een zwerm te vliegen zonder tegen een andere drone te botsen. Omdat probleem op te lossen, keken de wetenschappers naar fruitvliegjes. Deze vliegjes hebben heel kleine hersenen. Toch weten ze prima te navigeren.
“Ze doen dit door handig eenvoudige acties te combineren”, legt Bart Duisterhof uit, die zijn masterscriptie aan de TU Delft aan dit onderzoek wijdde. “Fruitvliegjes vliegen bijvoorbeeld tegen de luchtstroom in, of juist loodrecht op de luchtstroom. Afhankelijk van of ze de geur wel of niet ruiken. We hebben onze robots een vergelijkbaar eenvoudig gedrag bijgebracht om hun taak te volbrengen.”
De kleine drones beschikken voor hun navigatie over een nieuw ‘insectenalgoritme’, genaamd ‘Sniffy Bug’. Zolang er nog geen drone gas heeft geroken, verspreiden de drones zich zoveel mogelijk over de omgeving, terwijl ze obstakels en elkaar ontwijken. Als een van de drones gas detecteert, geeft hij dit door aan de anderen. Vanaf dat moment gaan de drones met elkaar samenwerken om zo snel mogelijk de gasbron te vinden.
Opsporen van ziekten
“Dit onderzoek toont aan dat zwermen kleine drones zeer complexe taken kunnen uitvoeren”, voegt Guido de Croon eraan toe. “We hopen dat dit onderzoek een inspiratie vormt voor andere roboticaonderzoekers om te heroverwegen welk type AI nodig is voor autonoom vliegen.”
De ontwikkelde algoritmen zijn volgens de wetenschappers niet alleen bruikbaar voor het opsporen van gaslekken in gebouwen, maar ook voor wetenschappelijke missies. Bijvoorbeeld voor het opsporen van methaan op Mars, of het vroegtijdig opsporen van ziekten of ongedierten in kassen.
Het wetenschappelijk artikel is gepubliceerd op de artikelenserver van ArXiv.
Ook interessant: Milieuschade in bossen ontdekken met drones en sensoren
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
