Nopeat droonit navigoivat metsissä ilman GPS:ää

HKU:n mekatroniikan ja robotiikkajärjestelmien laboratorion (MaRS LAB) tutkijat ovat esitelleet navigointijärjestelmän, jonka avulla suurnopeuksiset droonit voivat havaita senttimetrin paksuisia esineitä nopeassa lennossa. Järjestelmä yhdistää edistyneet anturit, kevyet droonien komponentit ja uuden lentoradan rakenteen esteiden väistämiseksi reaaliajassa kiivetessä ruuhkaisten alueiden läpi. Tässä on mitä sinun tulee tietää.

Kuinka suurnopeusdroonit on suunniteltu jäljittelemään lintujen lentoa

On kiistatonta, että drooniteknologia on parantunut merkittävästi viime vuosina. Nykypäivän dronet voivat matkustaa pidemmälle, kantaa enemmän painoa ja tukea useampia sensoreita kuin edeltäjänsä. Lisäksi ne ovat paljon halvempia valmistaa ja helpommin saatavilla.

Näistä edistysaskeleista huolimatta ei ole vielä kehitetty droneja, jotka pystyisivät linnun kykyyn määrittää reaaliajassa lentoreittejä ja ottamaan huomioon odottamattomia muuttujia, kuten oksia tai muita lintuja. Droonit voivat matkustaa pitkiä matkoja ja laskeutua tarkkoihin paikkoihin. Nämä laitteet kuitenkin käyttävät edelleen ennalta määritettyjä lentoreittejä tai ulkoisia sensorisia tietoja, kuten GPS:ää, navigoidakseen kohteisiinsa.

Miksi autonominen suurnopeusnavigointi on ollut haaste

Tähän mennessä tutkijat eivät ole kyenneet selvittämään, miten dronejen autonominen, turvallinen ja nopea navigointi voidaan saavuttaa ilman ulkoista ohjausta tai ennalta kartoitettuja reittejä. Ongelmat johtuvat useista seikoista, mukaan lukien tarve lisätä useampia antureita, jotta nämä alukset voivat havaita enemmän esteitä.

Kun lisäät sensoreita, tarvitaan lisää laskentatehoa aistitietojen käsittelyyn. Mitä vahvempi tietokone ja sensorit tarvitaan, sitä enemmän painoa drooniin lisätään, mikä heikentää sen kykyä lentää nopeasti ja pysyä vakaana nopeudella.

Onneksi nämä rajoitukset on saatettu voittaa Hongkongin yliopiston (HKU) teknillisen tiedekunnan konetekniikan laitoksen kekseliäiden aivojen tiimin ansiosta.

Tutkimuksen yleiskatsaus: Turvallisuusvarmistettu navigointi suurnopeuksisille droneille

Tiedemies Yunfan Ren ja insinööriryhmä julkaisivat¹ Ishayoiden opettaman Turvallisuusvarmistettu nopea navigointi MAV-aluksille äskettäin Science Robotics -lehdessä. Tutkimus valottaa seuraavan sukupolven autonomista lentoteknologiaa, jonka tarkoituksena on mahdollistaa droonien ja mikroilma-alusten (MAV) navigointi monimutkaisissa ympäristöissä huippunopeuksilla ilman ulkoisia aistihavaintoja.

Mikä on SUPER-drooni? Tekniset tiedot ja ominaisuudet

SUPER-drooni on kompakti MAV-lennokki, joka on erityisesti rakennettu demonstroimaan insinöörin uutta lentoratajärjestelmää. Laite suunniteltiin alusta alkaen kevyeksi ja ketteräksi. Siinä on kompakti muotoilu, 280 millimetrin akseliväli ja mikrotietokoneelementit, jotka antavat sille vaikuttavan +5.0:n työntövoima-painosuhteen ja 1.5 kg:n lentoonlähtöpainon. Näiden tekijöiden ansiosta SUPER voi liikkua +20 metriä sekunnissa väistellen esteitä.

Lähde – Hongkongin yliopisto

Kevyt laskenta nopeaa suorituskykyä varten

SUPERin ytimessä on miniatyyritietokone, joka pystyy valvomaan ja laskemaan aistitietoja. Kevyt levy tarjoaa alukselle enemmän lentoaikaa ja parantaa samalla sen ominaisuuksia edeltäjiinsä verrattuna. Lisäksi lentotietokone voi tukea reittipisteitä, GPS:ää ja muita ulkoisia navigointimuotoja tarvittaessa.

Kuinka LiDAR ja anturit ohjaavat autonomista lentoa

Aluksen sisäänrakennettu anturijärjestelmä mahdollistaa aluksen toiminnan niin tehokkaalla suorituskyvyllä ja erilaisissa olosuhteissa. Yksikkö sisältää kevyen 3D-valontunnistus- ja etäisyysanturin (LIDAR), jonka avulla se pystyy havaitsemaan jopa oksan ohuita kohteita +70 metrin etäisyydeltä. LiDAR-syöte syötetään suoraan pistepilvinä reitin varrella. Tämä lähestymistapa nopeuttaa huomattavasti lentoradan tietokoneelle syöttämistä ja vasteaikoja.

Reaaliaikainen lentoreitin suunnittelu ja säädöt

Insinöörit omaksuivat ainutlaatuisen lähestymistavan lentosuunnitteluun. Järjestelmä esimerkiksi skannaa ja päivittää jatkuvasti aluksen lentoreittejä. Uusi lentoreitin koordinaattori luo dronelle kaksi erilaista reittiä vaihtoehdoiksi. Ensimmäinen reitti on selkein reitti, kun taas toisella reitillä on tuntemattomat vektorit. Tämän jälkeen tietokone käyttää reaaliaikaista datasyöttöä kuvioiden säätämiseen tilanteen mukaan.

Nopean drone-navigoinnin testaaminen todellisissa ympäristöissä

Insinöörit suorittivat useita testejä varmistaakseen, että heidän suurnopeusdrooninsa toimisivat ennustetulla tavalla. He suorittivat useita lentokokeita, joissa aluksen piti navigoida monimutkaisessa maastossa. Lisäksi insinöörit käyttivät erilaisia ​​valaistusolosuhteita, mukaan lukien säkkipimeää, nähdäkseen, miten anturin suorituskykyyn vaikutettiin.

Mielenkiintoista kyllä, tiimi valitsi testausvaiheeseen useita paikkoja. Testauspaikat vaihtelivat toimistotilojen sisältä tiheisiin metsiin. Yhdessä testissä laite lähetettiin kiitäämään metsän läpi yöllä. Tämän tehtävän suorittamiseksi laitteen piti skannata, rekisteröidä ja navigoida esteiden yli reaaliajassa liikkuessaan suurella nopeudella.

Keskeiset tulokset suurnopeusdroonien kokeista

Huippunopea drone suoriutui itsenäisistä lennoista useissa eri tilanteissa. Se kykeni saavuttamaan yli 20 metrin nopeuden sekunnissa ja samalla navigoimaan monimutkaisissa ympäristöissä. Vaikka järjestelmä ei ollutkaan täydellinen, se rekisteröi 35-kertaisen vähennyksen lentojen epäonnistumisasteissa uutta menetelmää käytettäessä. Lisäksi lentoreitin käyttöönotto kesti puolet vähemmän aikaa, ja laite lensi nopeammin kuin perinteiset droonit samoissa testitilanteissa.

Edistyneen suurnopeusdrooniteknologian edut

Tiheässä ilmatilassa itsenäisesti navigoivilla nopeilla droneilla on monia etuja. Ensinnäkin niitä voidaan käyttää sovelluksissa, joissa ketteryys ja turvallinen navigointi ovat ratkaisevan tärkeitä tehtävän onnistumiselle. Nämä laitteet pystyvät tekemään sekunnin murto-osassa päätöksiä, joiden avulla ne pystyvät määrittämään parhaan tavan väistää lähestyvää kohdetta ja pysyä reitillä.

Droonien ohjelmoinnin yksinkertaistaminen sisäänrakennetulla älykkyydellä

Turvallisen lentoreitin määrittäminen droneille on aina ollut ongelma. Lentoliikenteen lisääntyessä ja dronejen reittien monimutkaistuessa lentoreittien luominen vaatii entistä enemmän vaivaa. Tutkimuksessa esitellyt autonomiset järjestelmät voisivat auttaa lyhentämään näitä aikoja, koska alus pystyisi tekemään lentoreitin muutoksia tarvittaessa reaaliajassa.

Reaalimaailman sovellukset ja aikajana suurnopeuslennokeille

Ketterille autonomisille miniatyyri-ilma-aluksille (MAV) on pitkä lista sovelluksia. Nämä laitteet avaavat oven uudelle tasolle mukavuudessa ja reagoinnissa. Hätätiimien käyttämistä eloonjääneiden löytämiseen verkkokauppasivustoihin, joilla paketteja toimitetaan, näille huipputeknologisille laitteille on monia käyttötarkoituksia.

Tämä nopea drone-teknologia voitaisiin ottaa käyttöön seuraavan vuoden aikana tai jopa nopeammin. Useat maat pyrkivät globaaleiksi toimijoiksi drone-markkinoilla. Tämä teknologia otetaan varmasti avosylin vastaan, kun insinöörit pyrkivät tekemään droneista älykkäämpiä ja tietoisempia. Sotilaallista integraatiota on odotettavissa seuraavien kahden vuoden aikana ja kaupallisia alennusmyyntiä markkinoille seuraavien viiden vuoden aikana.

Autonomiset droonit etsintä- ja pelastustehtävissä

Yksi näiden autonomisten alusten keskeisistä käyttötarkoituksista on avustaminen etsintä- ja pelastustehtävissä. Nämä laitteet pystyvät itsenäisesti tutkimaan hylkyjä katastrofin jälkeen ja paikantamaan ihmiseloonjääneitä. Ne voivat pyytää tarvikkeita ja muuta kipeästi kaivattua apua, jota voidaan myös toimittaa dronen avulla eloonjääneen sijaintiin, kunnes ihmisapu saapuu. Lopulta konseptia voitaisiin laajentaa droneihin, jotka pystyvät kuljettamaan eloonjääneitä suoraan turvaan.

Kuinka nopeat droonit voisivat mullistaa droonien toimituksen

Yritykset, kuten Amazon, ovat vihjanneet drone-toimituksista jo vuosia. Konsepti on kuitenkin osoittautunut paljon vaikeammaksi kuin aiemmin on ajateltu. Tämän viimeisimmän kehityksen pitäisi auttaa viemään tätä teknologiaa eteenpäin, sillä laitteet pystyisivät säätämään lentoreittiään suorituskyvyn optimoimiseksi. Näin ollen seuraavan päivän toimituksista voi tulla normi.

Autonomisten dronien käyttö infrastruktuurin valvontaan

Siltojen, teiden ja muun tärkeän infrastruktuurin pitäminen hyvässä toimintakunnossa on valtava tehtävä, joka vaatii jatkuvaa valvontaa. Autonomisten dronien käyttö voisi auttaa vähentämään tarvittavan työvoiman määrää ja samalla parantamaan näiden olennaisten kohteiden valvonnasta vastaavien kykyjä. Tulevaisuudessa droonit skannaavat keskeistä infrastruktuuria ja ilmoittavat tarkastajille mahdollisista vaaroista ennen kuin niistä tulee ongelmia.

Ympäristön seuranta autonomisilla droneilla

Toinen alue, jolla autonomiset droonit voisivat tehdä suuren eron, on ympäristön seuranta. Nämä järjestelmät voidaan asettaa ajamaan automaattisesti reittejä ja rekisteröimään kaikki ympäristön muutokset. Tämä lähestymistapa tarjoaa uuden tason tietoisuutta ympäristönsuojelijoille ja voi myös auttaa tiedemiehiä seuraamaan planeetan terveyttä.

Drooniparvet tutkimukseen ja tiedonkeruuseen

Monet pitävät autonomisia drone-parvia yhtenä parhaista tavoista löytää ja kartoittaa uusia alueita. Tämä lähestymistapa poistaa riskit tutkimusmatkailijoille ja tarjoaa reaaliaikaista tietoa, jota tutkijat voivat tarkastella ja määrittää seuraavan parhaan toimintatavan. Autonomiset droonit ovat jo osoittautuneet ratkaiseviksi kartoitusalalla, jossa niitä käytetään vaikeasti tavoitettavien paikkojen, kuten merenpohjan, seuraamiseen.

Nopeiden droonien tutkijat

Yunfan Ren oli suurnopeuksisia droneja käsittelevän tutkimusartikkelin pääkirjoittaja. Häntä tukivat professori Fu Zhang ja tutkijaryhmä Hongkongin yliopiston (HKU) teknillisen tiedekunnan konetekniikan laitokselta.

Tulevaisuuden kehitystavoitteet suurnopeuslennokeille

Kilpailu SUPERin kantaman, nopeuden ja prosessointitehon parantamiseksi on käynnissä. Tiimi pyrkii nyt venyttämään SUPERin rajoja selvittääkseen, miten aluksesta voidaan tehdä kevyempi, ketterämpi, pidemmillä lentoajoilla ja suurempien hyötykuormien kuljettamiseen kykenevä. Insinöörit pyrkivät myös pienentämään MAV:ia entisestään, jotta sitä voidaan käyttää useammassa tilanteessa.

Investoinnit droonisektoriin

Droonimarkkinat ovat nopeasti kasvava sektori, jolla on kilpailua kaikkialta maailmasta. Erityisesti Kiinan DJI pitää hallussaan leijonanosaa droonimarkkinoista. Monilla yrityksillä on kuitenkin potentiaalia mullistaa ala uusilla tuotteillaan ja liiketoimintamalleillaan. Tässä on yksi yritys, jolla on edellytykset menestyä.

EHang 

ehang (EH ) aloitti drooniteollisuudessa vuonna 2014 tehdäkseen matkustajia kuljettavista droneista totta. Yhtiö on edelleen keskeinen tekijä droneiden kehittämisessä työkaluista luotettavaksi kuljetusmuodoksi. Tätä varten se on saavuttanut useita saavutuksia, kuten maailman ensimmäisen henkilöitä kuljettavan autonomisen ilma-aluksen (AAV) lanseerauksen.

Vuonna 2018 Ehang allekirjoitti useita korkeatasoisia kumppanuuksia ja kehityssopimuksia. Yksi näistä sopimuksista sisälsi yhteistyön Lyonin kaupungin kanssa Ranskassa lentotaksiprotokollan parissa. Toinen kumppanuus itävaltalaisen ilmailualan konsernin FACC:n kanssa pyrittiin parantamaan matkustajalennokkien ominaisuuksia ja turvallisuutta.

Ehang on edelleen drone-markkinoiden johtaja ainutlaatuisen liiketoimintamallinsa ja ympäristöystävällisen autonomisen lentotapansa ansiosta. Yritys investoi jatkuvasti uuteen ja kehittyvään teknologiaan ja työskentelee parhaillaan suoraan puolijohdeakkuteknologian parantamiseksi. Kaikki nämä tekijät tekevät Ehangista vahvan kilpailijan kilpailluilla drone-markkinoilla.

Ehangin (EH) viimeisimmät osakeuutiset ja kehityskulut

Miksi suurnopeusdroonit tuovat parviteknologian lähemmäksi todellisuutta

Nopeat droonit voivat mullistaa kaiken. Ensimmäisen persoonan droonit ovat jo osoittaneet, että pieni, herkkä ja räjähteitä kuljettava drone voi tuhota miljoonien dollarien arvoisia kohteita. Nyt näillä laitteilla on kyky navigoida monimutkaisissa ympäristöissä ja saavuttaa tavoitteensa minimaalisella suunnittelulla. Toivottavasti niiden tavoitteena on pudottaa ilmakeittimesi pommien sijaan.

Tutustu muihin hienoihin projekteihin täältä.

Viittaustutkimukset: