Zbor fără ghidare GPS

June 2016

Interesul pentru dronele autonome de livrare, care navighează cu ajutorul GPS-ului, este în creștere, numai că, este posibil ca sateliții să nu fie disponibili, sau, în destul de multe zone, întinse geografic, GPS-ul să nu fie accesibil. Pentru eliminarea acestui inconvenient a fost dezvoltat un sistem  de orientare, bazat exclusiv pe observații vizuale și învățare, cu care se navighează fără utilizarea semnalului GPS. Dronele, în special cele de dimensiuni mici (MAV – Micro Aerial Vehicles), dotate cu acest sistem, pot zbura fără a fi „pilotate” de un operator sau de o persoană instruită. Inovația este realizată, testată și prezentată publicului de o echipă a Institutului Național de Astrofizică, Optică și Electronică (INAOE – El Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica) din Mexic, condusă de cercetătorul José Martínez Carranza. „Dronele își vor lua adio de la piloți” și vor învăța singure noi trasee sau rute. Scenariile posibile, sau zonele, în care s-au făcut demonstrații, și pentru care s-au concentrat cercetările, au fost și în interior și în aer liber, acolo unde semnalul GPS este nesigur sau imposibil de recepționat. Zborul autonom este o caracteristică a UAV care susține aplicațiile la care trebuie îndeplinite sarcini monotone sau repetitive și eliberează astfel operatorul, permițându-i să se concentreze asupra altor misiuni. În proiectul dr. Martínez Carranza se propun metode noi de estimare a poziției, de recunoaștere a mediului și de orientare, în timp real, prin atașarea unor senzori la bordul vehiculului, care să înlocuiască sistemul de localizare prin GPS. Sarcina utilă a MAV va consta în camere foto și video, accelerometre, giroscoape, busole etc., care sunt mai fiabile, mai simple și mai puțin costisitoare, se găsesc la un preț destul de redus față de GPS. Imaginile vizuale preluate de la camere și celelalte informații primite de la senzori vor fi prelucrate de algoritmi speciali, cu funcții care stabilesc un anumit traseu pe hartă, orientează drona în timpul zborului și o dirijează spre destinația programată. Reprezentările aeriene sunt similare cu cele din aplicația Google Maps. Noul proiect, denumit RAFAGA (Robust Autonomous Flight of unmanned Aerial vehicles in GPS-denied outdoor Areas) se desfășoară în perioada martie 2015 – februarie 2017. Obiectivul principal al acestuia este de a investiga diferite metode pentru efectuarea unui zbor autonom al dronei, într-un mediu extern cu mai multe provocări, cum ar fi curenți de aer, diverse obstacole, lipsa unui semnal GPS sau capacități limitate de procesare ale sistemului GPS. Are ca punct de plecare proiectele PUCE și PUCE-2 (Precise navigation of UAVs in Complex Environments), realizate în perioada de post-doctorat a cercetătorului Martínez Carranza, pe parcursul anului 2013, respectiv 2014, la Universitatea din Bristol, în colaborare cu firma britanică Blue Bear Ltd. Proiectul PUCE a avut finanțare din partea Inovative UK (agenție pentru susținerea inovațiilor tehnologice și științifice care duc la dezvoltarea economiei Marii Britanii) și Defence Science and Technology Laboratory (DSTL, care, după cum îi spune numele, oferă tehnologie pentru asigurarea apărării și securității în Marea Britanie). Ambele agenții guvernamentale finanțează astfel de cercetări. După finalizarea celor două proiecte, dr. José Martínez Carranza s-a întors în Mexic, în calitate de cercetător la INAOE, unde a obținut finanțare de la Royal Society prin Newton Advanced Fellowship (un sistem care oferă unor cercetători din toată lumea oportunitatea de a se forma și de a colabora cu parteneri din Marea Britanie), în asociere cu CONACyT (Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologia, consiliu care acordă o atenție deosebită noutăților din știință și tehnologie din Mexic) și Academia Mexicană de Știință (Academia Mexicana de Ciencias). Colaborarea dintre Marea Britanie și țările în curs de dezvoltare, în scopul promovării cercetării științifice și tehnologice, se realizează prin Newton Fund, care a susținut, și va susține până la finalizarera finanțării, în februarie 2017, proiectul RAFAGA al institutului INAOE, unul dintre cele 30 de centre de cercetări sponsorizate de CONACyT. Astfel, împreună cu echipa sa, omul de știință mexican, care deține și un master în informatică (Computer Science), va putea continua cercetările de bază axate pe robotica aeriană. Din echipa dr. José Martínez Carranza mai fac parte dr. Walterio Mayol-Cuevas, partener din partea Universității din Bristol, Marea Britanie, Esteban Omar Garcia Rodriguez, pilot de drone calificat, Francisco Márquez-Aquino, specialist în mentenanța dronelor și dezvoltator de software, și Nils Loewen, student al Institutului Tehnologic din Monterrey (Tecnológico de Monterrey), Mexic. Utilizatorii sistemului RAFAGA încep prin a stabili zona pe care drona trebuie să o traverseze, asemănătoare unei imagini din satelit din Google Maps, apoi trasează parcursul, cu un algoritm diferit de cel folosit la majoritatea dronelor personale, care urmăresc anumite puncte intermediare. Drona va identifica clădiri sau alte obstacole din teren, cu ajutorul camerei, apoi le va suprapune peste imaginile aeriene ale hărții. „Operatorul nu acționează decât la decolarea dronei iar, odată ce este în aer, algoritmii de zbor autonom vor intra în acțiune. Prin procesarea imaginii captate de cameră, vehiculul recunoaște mediul unde este poziționat”, a declarat coordonatorul proiectului, dr.  Martínez Carranza.

Odată recunoscută locația și determinată poziția, algoritmii de control devin „responsabili” de deplasarea dronei, astfel încât să navigheze prin fiecare punct al traseului, înregistrat în timpul etapei de învățare. Această cercetare implică și algoritmi VSLAM (Visual Simultaneous Localisation and Mapping). Scopul final este acela de a exploata volumul bogat al datelor din imagini iar informațiile utile despre locul observat să ducă la înțelegerea contextului și a situației, pentru o deplasare autonomă, și să realizeze dacă se află în apropiere de clădiri, de persoane sau dacă există alte riscuri.

Tags