Кажется, не проходит и недели, как нет новостей о том, как дроны сделают нашу жизнь намного проще или что они могут сделать сейчас, чтобы развлечь нас. Совсем недавно появились сообщения о том, что летающие устройства доставляют еду гольфистам на поле в Северной Дакоте и используются в качестве запасных танцоров на шоу Дрейка.
Но вдали от девятидесятых и концертных площадок автономные летательные аппараты ведут серьезный бизнес: от помощи в спасении жизней во время ураганов до оказания помощи пожилым фермерам. И, если исследовательский проект Университета Райса будет реализован, однажды рой дронов мог бы работать вместе, чтобы обнаружить токсичные газы в атмосфере и наметить безопасный периметр.
Благодаря недавнему гранту Национального научного фонда в размере 1, 5 млн. Долл. США ученые в сотрудничестве с колледжем медицины и технологии Baylor для всех, некоммерческой организации в Хьюстоне, сосредоточат свои усилия на предоставлении беспилотникам интеллектуальных средств, позволяющих обнаруживать опасное загрязнение в результате взрывов или утечек. особенно после экстремальных погодных явлений.
На самом деле, отметил Эдвард Найтли, инженер-электрик и компьютерный инженер, возглавляющий исследование, подобная близкая катастрофа произошла недалеко от урагана Харви в прошлом году, когда первоочередные респонденты были измотаны утечкой газа с химического завода возле Хьюстона.
«Первые сотрудники ответили, что установили периметр около двух с половиной километров, чтобы предупредить жителей района», - говорит он. «Но те, кто оказал первую помощь, сами были госпитализированы. Периметр был слишком близко к источнику, но они этого не знали. Никто не знал
«И это отличный пример того, где мы могли бы посылать беспилотники с безопасного расстояния, и они могут выяснить, где безопасная граница, влияние ветра, были ли химические реакции в воздухе. Поиск и установка правильных границ - сложное решение, и мы считаем, что беспилотники могли бы оказать большую помощь в принятии этого решения ».
Мышление маленькое
Но предоставление беспилотникам возможности идентифицировать летучие газы в режиме реального времени ставит некоторые большие проблемы. Для начала, можно ли уменьшить эффективные датчики до размеров и веса, которые можно уместить на дроне? Команда работает с Фрэнком Титтелем, заслуженным профессором в Райс и пионером в использовании лазеров для обнаружения сигнатур молекул.
«Мы должны сжать датчики до полутора килограмм или меньше», - говорит Найтли. «Он разработал способы, позволяющие лазерам измерять концентрации газов для самых разных газов. Но, как правило, он разрабатывает системы для использования на местах. Ему никогда не приходилось иметь дело с созданием датчиков с таким ограничением массы или размера ».
Большая часть проекта сосредоточена на том, чтобы отточить интеллект флота беспилотников, известного как ASTRO. В то время как основное внимание будет уделено возможностям обнаружения газа, обучение ASTRO было более широким. Цель состояла в том, чтобы разработать систему, в которой дроны могут работать вместе - без вмешательства человека - для поиска объектов.
Найтли объясняет, что команда обучила свой парк из четырех дронов, чтобы отследить беспроводное устройство, в том числе на движущейся тележке для гольфа. И это делается «вне сети», без человека на земле, который управляет всем с помощью пульта дистанционного управления.
«Мы хотим, чтобы сеть беспилотников не только могла летать между собой, но даже если не существует доступной связи воздух-земля», - говорит он. «Если есть экстремальные погодные условия и инфраструктура не работает, мы все еще хотим иметь возможность отправлять беспилотники для сбора информации об опасной зоне».
Прежде чем начать что-либо отслеживать, дроны используют свой искусственный интеллект, чтобы узнать об окружающей обстановке. Это то, что Найтли называет «фазой поиска и изучения». Дроны начинают миссии, сначала распространяясь, чтобы буквально получить участок земли, все время общаясь друг с другом, чтобы они не собирались в одной области.
«Например, прежде чем они смогут найти и отследить беспроводное устройство, им важно изучить окружающую среду», - говорит Найтли. «Много ли деревьев? Высокие здания? Или это широкие просторы? Цель состоит в том, чтобы изучить окружающую среду, чтобы они могли точно отслеживать ».
Рой и трек
Затем они переходят ко второй фазе, которая точно называется «роем и следом». Опять же, когда целевой объект является беспроводным устройством, они определили, где его сигнал является самым сильным, и где дроны собираются вместе в виде роя., В случае опасного события, это может быть там, где показания газа самые сильные.
«Они определяют, что это то, что мы должны измерять, поэтому давайте пойдем собирать данные с высоким разрешением», - говорит Найтли.
«Конечно, все газы имеют свои собственные спектральные сигнатуры», - добавляет он. «Когда дроны погаснут, будет смесь разных газов. Это не будет четким сигналом только одного. Поэтому нам нужны беспилотники, чтобы узнать об окружающей среде, сравнить ее со статистическими базовыми моделями, которые мы разработали, и затем иметь возможность идентифицировать источники опасных выбросов и границы их распространения ».
Лука Моттола, доцент кафедры электроники, информации и биоинженерии в Политехническом университете Милана, считает, что это «пример парадигмы», когда беспилотники могут быть более эффективными, чем любая другая технология.
«Способность перемещаться без ограничений, в то же время имея богатую нагрузку на сенсоры, дает им уникальный набор возможностей», - говорит Моттола, ведущий эксперт по беспроводным и беспилотным сенсорным сетям. «Доступная в настоящее время технология для решения подобных сценариев в значительной степени зависит от вмешательства человека и, следовательно, намного медленнее и подвержена ошибкам.
«Таким образом, влияние развертывания технологии беспилотника, следовательно, многократно. Более быстрое реагирование может обеспечить улучшенную защиту активов, ограничить повреждение конструкций и уменьшить воздействие на человеческие жизни».
Исследователи Райса надеются в конечном итоге испытать свои газочувствительные дроны в идеальном месте поблизости - на Хьюстонском корабельном канале с его многочисленными химическими заводами и промышленными перерабатывающими заводами. По мере продолжения проекта флот может расшириться до десяти дронов.
Команда также разработала мобильное приложение с идеей, что оно может использовать данные датчика беспилотника для отправки предупреждений о качестве воздуха в реальном времени на телефоны жителей.
«Мы приглашаем врачей, чтобы помочь установить пороги для сообщества», - говорит Найтли. «Когда это типичный день? А когда наступит день, чтобы укрыться на месте?
