Рой дронов локализовал утечку газа

Инженеры из Нидерландов, Испании и США создали рой небольших дронов, умеющий самостоятельно находить утечку газа в помещениях. Из-за небольшого размера дроны не строят карту помещения, но благодаря применению лазерных дальномеров и алгоритма, похожего на принцип поиска еды птицами, успешно справляются с поиском места утечки, рассказывают авторы статьи в arXiv.org.

Поиск места утечки газа — это потенциально опасная задача, потому что смесь горючего газа с воздухом в достаточном соотношении при искре может вызвать взрыв, а негорючий газ может привести к удушению. Соответственно эту задачу логично поручить роботам или дронам. Поскольку утечки, как правило, происходят и наиболее опасны в помещениях, это сразу отсекает навигацию по GPS и аналогам, вынуждая использовать локальную систему навигации.

Группа инженеров под руководством Гвидо де Крона (Guido de Croon) из Делфтского технического университета решила использовать для этой задачи не один дрон с мощным компьютером для качественной локальной навигации, а рой дронов, компенсирующих меньшую вычислительную мощность коллективным взаимодействием.

Авторы использовали часто применяемый для отработки алгоритмов исследовательский микродрон CrazyFlie. Они оснастили квадрокоптер датчиком газа, определяющим наличие примесей в воздухе, а также лазерными дальномерами по бокам и датчиками оптического потока. Поскольку в дроне установлен слабый одноядерный процессор с частотой 168 мегагерц и один мегабайт памяти, на нем невозможно использовать стандартный алгоритм одновременной локализации и создания карты (SLAM), а его грузоподъемности не хватает для установки более мощного вычислителя.

Вместо этого разработчики решили использовать несколько аппаратов и метод роя частиц. Этот метод изначально был разработан для имитации поведения стаи птиц при поиске еды. Суть метода заключается в том, что каждый элемент роя двигается, наблюдает состояние некоего параметра (в данном случае — концентрацию газа в воздухе) и сообщает о нем остальным элементам, после чего рой определяет наилучшее направление движения (с наибольшей концентрацией) и снова наблюдает за измеряемым параметром. В задачах оптимизации этот метод позволяет быстро найти локальный минимум функции, а задаче поиска утечки — найти ее источник, возле которого концентрация газа будет максимальной.

Три состояния дрона

Алгоритм, разработанный инженерами, периодически создает для каждого из трех дронов (потенциально их может быть гораздо больше, но авторы использовали это количество) новую точку, в которую он должен прийти. Поскольку дроны не используют SLAM, они лишь отслеживают оптический поток и за счет этого рассчитывают дальность своего перемещения. Дрон может находиться в трех состояниях: следовать в новую точку вдоль прямой, следовать в новую точку, огибая стену, и «отталкиваться» от другого дрона, если он подлетел слишком близко. Во время полета дроны обмениваются данными о концентрации газа через UWB и благодаря этому ищут новые оптимальные точки для поиска утечки.

Перед реальными полетами авторы обучили алгоритмы в симуляции, в результате чего получили более эффективные параметры для них. Инженеры протестировали рой в четырех помещениях размером 10×10 метров с источником утечки изопропанола. В 11 из 12 тестов дронам удалось локализовать источник с точностью два метра.

При разработке роботов и дронов инженеры используют и другие примеры из живой природы для создания алгоритмов. Например, в прошлом году американские инженеры создали детектор препятствий, который имитирует работу зрительной системы саранчи.

Григорий Копиев

Источник: nplus1.ru

0 0 голоса
Рейтинг статьи

Опубликовано: 19.07.2021 в 22:45

Автор:

Категории: Наука и технологии

Подписаться
Уведомить о
guest
0 комментариев
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии