Drönare är allt viktigare verktyg för brottsbekämpande myndigheter. Bland andra användningsområden, drönare kan utrustas med sensorer för att upptäcka radioaktivt material som transporteras olagligt.

När en grupp robotdrönare samlar in information från sina inbyggda strålningssensorer, var och en samlar lite olika information, beroende på hur de rör sig i förhållande till det rörliga mål som misstänks bära radioaktivt material. En nyckelidé är att drönare kan kommunicera med några av de andra drönarna och dela deras data med dem. Detta lämnar frågan:Vilken drönare är bäst lämpad att vara gruppens beslutsfattare? Till exempel, ska det vara den som har hört från de flesta andra drönare, eller den som flög närmare den misstänkta bäraren? Ett team av forskare vid University of Delaware har utvecklat en metod för att kvantifiera beslutsnoggrannheten för autonoma robotdrönare inom ett nätverk, som de nyligen beskrev i tidskriften Autonomous Robots.

Skicka in drönarna

I ett sekel, forskare har använt geigerräknare för att upptäcka farligt radioaktivt material. James Bond hade till och med en Geigerräknare i sin klocka i filmen Thunderball från 1965.

Dock, inte alla situationer är lämpliga för människor utrustade med handhållna geigerräknare. För särskilt farliga scenarier, som att inspektera misstänkta vapenanläggningar eller jaga människor som kan gömma sprängämnen, myndigheter kan välja att distribuera ett nätverk av robotdrönare som bär strålningsdetekterande sensorer.

Dessa sensorer måste vara mycket känsliga för att skilja små mängder radioaktivt material från bakgrundsstrålningen som finns överallt i miljön från källor som solen och jorden. Problemet är att svaga signaler (eller signaler som har gjorts svaga genom att dölja eller avskärma) mycket snabbt begravs i bakgrundsljudet när avståndet mellan materialet och sensorn ökar.

"Robotteknik kan hjälpa till att fatta mer exakta beslut om huruvida något skumt pågår, sa Bert Tanner, en docent i maskinteknik vid UD. "Det är som att leta efter en nål i en höstack, så allt beror på hur känsliga och kapabla dina detektorer är och hur smarta dina algoritmer är."

Drönarna omger målet som en flock lejon som spanar byte, men istället för att attackera, de samlar in och delar snabbt information när de är på resande fot. Eftersom varje drönare har en annan väg, vad de "ser" är något annorlunda. Vissa "talar" till och delar data med fler drönare än andra. Vissa är närmare den misstänkta strålningskällan - så de samlar in mer tillförlitliga mätningar med högre signal och mindre brus. Frågan är — vilken drönare har den bästa informationen för att fatta det mest exakta beslutet i slutet?

"Vi ville ta reda på:Hur kommer vi på vem som ska vara beslutsfattare?" sa Tanner. "Hur kan vi få olika drönare att jämföra anteckningar?"

Det är ett klassiskt dilemma av kvalitet kontra kvantitet – om det är bättre att ha mycket information eller en mindre mängd information av högre kvalitet. När du har att göra med radioaktivt material, beslut måste fattas inom några minuter, eftersom förseningar kan äventyra liv.

Kanske har en drönare i mixen tillräckligt stark information och är också tillräckligt nära för att få kvalitetsinformation direkt från strålningskällan. Information strömmar genom ett nätverk i både direkta och kretslopp.

"Det här dokumentet tar ett första steg mot att karakterisera dessa effekter, sa Ioannis Poulakakis, en docent i maskinteknik vid UD.

För att närma sig detta problem, laget gjorde en serie beräkningar som sammanförde grafteori och principer för nätverkande. Indrajeet Yadav, en doktorand i maskinteknik, satte penna på papper efter att han insåg att detta problem inte hade åtgärdats tidigare. Han insåg också att vissa nyligen förvärvade matematiska färdigheter kunde vara användbara.

"Strax innan detta, Jag gick en kurs i grafteori på matematikavdelningen, " han sa.

Yadav kom till UD specifikt för att studera med Tanner och Poulakakis. Yadav hade arbetat inom kärnkraftsindustrin i några år innan han bestämde sig för att gå på forskarskolan.

"Robotik är något jag alltid velat göra, " han sa.

UD-teamet gjorde simuleringar och testade sedan sina resultat med hjälp av fältmätningsdata från en DNDO-databas över strålningssensormätningar. De hittade en formel som tar hänsyn till kvantiteten och kvaliteten på den observerade strålningen och bestämmer vilken sensor som är bäst lämpad för att fatta beslutet för teamet.