Een drone ter grootte van een mus kan op eigen kracht de weg terug vinden

Drones die alleen vliegen doen dat met behulp van camera’s en 3D-kaarten van hun omgeving. Deze visuele navigatie is voor mini-drones niet haalbaar, omdat er meer rekenkracht en apparatuur voor nodig is dan zo’n kleine robot kan dragen. Onderzoekers van de TU Delft hebben een manier gevonden om een ​​drone ter grootte van een mus autonoom te laten navigeren, waarbij ze zich laten inspireren door de manier waarop insecten zich oriënteren. Ze tonen hun focus op Wetenschappelijke robotica.

Kleine drones kunnen nuttig zijn bij inspectierondes in kassen, het opsporen van gaslekken of tijdens reddingsmissies. Ze zijn goedkoop en door hun lichte gewicht zijn ze veilig te gebruiken in de buurt van mensen (en planten). Maar dan moeten ze wel zelf de weg kunnen vinden, want betrouwbare GPS is binnenshuis niet altijd voorhanden.

Autonome navigatie is een complexe taak: de drone moet tegelijkertijd weten waar hij is, een beeld hebben van de omgeving en een plan maken van zijn route. Vliegen in ruimtes van enkele tientallen vierkante meters vergt al snel honderden megabytes tot enkele gigabytes aan werkgeheugen. Daarom zijn onderzoekers op zoek naar efficiëntere processors en manieren om informatieverwerking te vereenvoudigen.

kleine hersenen

De Delftse onderzoekers haalden trucjes uit met de insecten. Ze hebben kleine hersenen, maar kunnen zich toch over lange afstanden oriënteren. Ze combineerden twee insectenstrategieën. De eerste is odometrie, het volgen van afstand en richting, een soort stappentelling voor insecten. Bovendien gebruikten ze visuele locatiekijken naar bekende objecten in de omgeving en zichzelf in de juiste positie ten opzichte van de objecten plaatsen.

“Odometrie is de basis”, zegt Tom van Dijk, promovendus aan de TU Delft en eerste auteur van het onderzoek. “Dat is een simpele handeling, de computer hoeft maar een handvol cijfers te onthouden. Zoveel meters naar het oosten, zoveel naar het noorden, en dit in de ene reeks na de andere. Als je die informatie achterstevoren afspeelt, moet je teruggaan naar dezelfde plek. Maar er is altijd een kleine meetfout en hoe langer de route, hoe meer de drone afwijkt.”

Klopt dat is visuele locatie totaal. De drone maakt een panoramische foto van de omgeving, waarbij alle onnodige informatie wordt weggelaten. Alleen de horizon blijft over, kleurloos en zeer wazig. De vage ‘horizon’ is voldoende voor de drone om zijn positie te bepalen. Als hij de juiste positie heeft, vervolgt hij zijn route met odometrie naar het volgende visuele referentiepunt. “De meetfout als gevolg van odometrie wordt altijd gereset”, zegt Van Dijk.

Nog geen 20 kilobyte

De onderzoekers experimenteerden met hoe ver foto’s uit elkaar kunnen staan ​​en het optimale fotoformaat. “Uiteindelijk was het benodigde geheugen minder dan 20 bytes per meter”, zegt Van Dijk. “Voor het opslaan van een route van één kilometer is minder dan 20 kilobyte nodig.”

De methode werkt niet tijdens de gehele vliegbeweging, de drone kan alleen zijn eigen terugreis vinden via de route die hij op de heenreis heeft opgeslagen. “Dit is een bewuste keuze, want de weg vooruit hangt voor een groot deel af van de toepassing”, zegt Van Dijk. “Om bijvoorbeeld een gaslek op te sporen volg je de snelste route over de weg op basis van de sensor die het gas registreert en een camera die voorkomt dat je iets raakt op de weg.”

De drone die in het onderzoek wordt gebruikt, is een kleine quadcopter met vier propellers, de Crazyflie. Hij weegt 56 gram en is 12 centimeter hoog. “Wij vonden het belangrijk om het op een kleine drone te demonstreren, omdat die nog niet zelfstandig kon navigeren”, zegt Van Dijk. “Maar ook voor grotere drones is de app bruikbaar. “Dan hebben ze niet de hele computer nodig om te navigeren en kunnen ze de rekenkracht voor andere dingen gebruiken.”

Delen





E-mail de redacteur