Ingenjörer på Caltech har utvecklat en ny kontrollalgoritm som gör att en enda drönare kan flocka en hel flock fåglar bort från luftrummet på en flygplats. Algoritmen presenteras i en studie i IEEE -transaktioner om robotik .

Projektet inspirerades av 2009 "Miracle on the Hudson, "när US Airways Flight 1549 träffade en flock gäss strax efter start och piloter Chesley Sullenberger och Jeffrey Skiles tvingades landa i Hudson River utanför Manhattan.

"Passagerarna på flyg 1549 räddades bara för att piloterna var så skickliga, "säger Soon-Jo Chung, docent i rymd och Bren Scholar vid avdelningen för teknik och tillämpad vetenskap samt en JPL -forskare, och huvudutredaren på drönarvårdsprojektet. "Det fick mig att tänka att nästa gång kanske inte har ett så lyckligt slut. Så jag började leta efter sätt att skydda luftrummet från fåglar genom att utnyttja mina forskningsområden inom autonomi och robotik."

Nuvarande strategier för att kontrollera luftrummet inkluderar att modifiera den omgivande miljön för att göra den mindre attraktiv för fåglar, använda tränade falkar för att skrämma flockar, eller till och med lotsa en drönare för att skrämma fåglarna. Dessa strategier kan vara kostsamma eller-i fallet med den handstyrda drönaren-opålitliga, säger Chung, som är forskare vid Caltech's Center for Autonomous Systems and Technologies.

"När man vallar fåglar bort från ett luftrum, du måste vara mycket försiktig med hur du placerar din drönare. Om det är för långt bort, det kommer inte att flytta flocken. Och om det blir för nära, du riskerar att sprida flocken och göra den helt okontrollerbar. Det är svårt att göra med en pilotdrönare. "

Besättning förlitar sig på förmågan att hantera en flock som singel, innehöll enhet - att hålla ihop den samtidigt som den flyttade sin färdriktning. Varje fågel i en flock reagerar på förändringar i beteendet hos fåglarna närmast den. Effektiv vallning kräver ett yttre hot - i detta fall drönaren - att placera sig på ett sådant sätt att det uppmuntrar fåglar längs flockkanten att göra kursändringar som sedan påverkar fåglarna närmast dem, som påverkar fåglar längre in i flocken, och så vidare, tills hela flocken ändrar kurs. Positioneringen måste vara exakt, dock:om det yttre hotet blir för nitigt och rusar mot flocken, fåglarna kommer att få panik och agera individuellt, inte kollektivt.

Under 2013, medan han var biträdande professor vid University of Illinois i Urbana-Champaign, Chung fick ett National Science Foundation CAREER Award för att hantera problemet. Ursprungligen, Chung tänkte bygga en självstyrd, flaxande robot vars flygning skulle efterlikna en falk, att tänka på att den bioinspirerade designen skulle göra den ännu mer effektiv vid kontroll av flockar genom att presentera dem ett naturligt hot. Medan arbetet i den riktningen gav en helt ny stil med drönare-"Bat Bot" som Chung presenterade 2017-fann han att en quadrotor-drone från hyllan var lika effektiv för att valla fåglar.

Att lära drönaren att flocka självständigt, Chung och hans kollegor, inklusive Aditya Paranjape från Imperial College London, en av hans tidigare doktorander, studerat och härlett en matematisk modell för flockdynamik för att beskriva hur flockar bygger och underhåller formationer, hur de reagerar på hot längs flockens kant, och hur de sedan kommunicerar det hotet genom flocken. Deras arbete förbättras med algoritmer avsedda för att valla får, som bara behövde arbeta i två dimensioner, istället för tre.

"Vi studerade noggrant flockdynamik och interaktion mellan flockar och förföljare för att utveckla en matematiskt sund vallningsalgoritm som säkerställer säker förflyttning av flockar med autonoma drönare, "säger Kyunam Kim, postdoktor i flyg och rymd vid Caltech och medförfattare till IEEE-dokumentet.

När de väl kunde generera en matematisk beskrivning av flockande beteenden, forskarna omvandlade det för att se exakt hur närmande yttre hot skulle reageras av flockar, och använde sedan den informationen för att skapa en ny vallningsalgoritm som producerar idealiska flygvägar för inkommande drönare för att flytta flocken bort från ett skyddat luftrum utan att sprida den.

"Min tidigare forskning fokuserade på rymdfarkoster och drönarsvärmar, som visade sig vara förvånansvärt relevant för detta projekt, "Säger Chung.

Teamet testade algoritmen på en flock fåglar nära ett fält i Korea och fann att en enda drönare kunde hålla en flock med dussintals fåglar utanför ett särskilt luftrum. Algoritmens effektivitet begränsas endast av antalet och storleken på de inkommande fåglarna, Chung säger, tillägger att teamet planerar att utforska sätt att skala upp projektet för flera drönare som hanterar flera flockar.