I framtiden, när du ropar en Uber eller tar bussen, du kanske inte bara delar resan med en annan resenär, men kanske med en drönare ute vid leverans också. Det är Naira Hovakimyans vision, professor i mekanisk vetenskap och teknik vid University of Illinois i Urbana-Champaign, som leder en sexman, tre institution (Illinois, Stanford, South Carolina) $1 miljon National Science Foundation (NSF) anslag för att se om drönare och befintliga samåkningsfordon (RSV) kan tillhandahålla synergiska leveranstjänster i stadsområden. Sådana som Amazon, POSTEN, och United States Postal Service väntar ivrigt på resultatet.

En nyligen genomförd studie av McKinsey and Company fann att 50 procent av alla leveranskostnader inträffar under den "sista milen" av leverans till destinationen, och – med kravet på ännu snabbare och kostnadseffektiv leverans från konsumenten – att lösa det logistiska dilemmat är en stor utmaning för branschen.

"De stora företagen håller på att utveckla sitt eget nätverk av bilar och drönare, " sa Hovakimyan. "Deras lösningar erbjuder stor flexibilitet för konsumenten, men en enda person kan fortfarande bara leverera en inköpsorder åt en kund åt gången, vilket det inte är skalbart eller kostnadseffektivt."

Vad Hovakimyan och hennes team föreslår är att utveckla ett nätverk av drönare och befintliga RSV:er för att bära ett paket till slutdestinationen. Till exempel, en drönare kan lyfta från ett leveranscenter med ett paket, träffa ett Uber- eller kollektivtrafikfordon med hjälp av magneter för att docka på taket på dessa fordon även när de är i rörelse, och lämna dem från paketet. En annan drönare nära slutdestinationen skulle sedan skära paketet och ta det direkt till konsumentens tröskel. Eftersom samåkningsfordonen redan är på vägen och använder GPS för att guida dem på en specifik rutt, drönarna kan samordna med dem för att göra den bästa flygplanen för paketet. Så småningom kan leveransen innebära flera av dessa avlämningar längs vägen.

"Genom att dra nytta av det befintliga nätverket, vi tar upp ett komplext matematiskt problem, och om vi tar upp det korrekt, vi släpper leveranskostnaderna några gånger. I framtiden kan förarna få en betalning för att de bara går med på att få paket lämnade på sina fordon. Bilen kör i alla fall längs samma rutt. Ingenting behöver förändras. Baserat på rutten vi kan få genom deras mobila enhet, vi kan bestämma de bästa fordonen att använda genom viss budgivningslogik."

En infödd i Armenien med examina i tillämpad matematik, teoretisk mekanik, och fysik, Hovakimyan har använt sina kunskaper om matematik för framsteg inom flygkontroll och andra industrier under en tid. Under de senaste åren, hon har legat i framkant när det gäller att utforska logistiken för den blomstrande drönarindustrin. Hennes uppstart, IntelinAir, till exempel, använder flygbilder för att tillhandahålla praktiska analyser för bönder. Ett tidigare NSF-bidrag till hennes team utforskade användningen av små drönare för äldreomsorg. Det är genom den studien som hon insåg vikten av upplevd säkerhet. Med andra ord, hur säkra kommer vi att känna oss med hundratals om inte tusentals drönare som flyger över och runt oss i ett trångt utrymme. Det är därför som detta team inkluderar en psykolog.

"Tydligen, människor är mer rädda för drönarnas hastighetsprofil än för deras storlek, ", noterade Hovakimyan. "Genom att lära oss om dessa frågor - hur man skiljer mellan upplevd säkerhet och faktisk säkerhet - kunde vi komma på vägplanering och kollisionsundvikande algoritmer för drönare som inte skulle skrämma människor lika mycket. Självklart, vi måste se till att vi kan använda dessa drönare på ett mycket robust sätt och att de kan interagera med varandra, ha vägplanering och undvika kollisioner, arbeta på slumpmässiga nätverk, och vara trygg för samhället."

Cybersäkerhet är en annan stor utmaning. För att systemet ska fungera, det kommer att behöva vara immun mot attacker från hackare som vill ta över drönarens flygning.

"Vi arbetar med autopiloter som kommer att vara robusta mot hackning, " sa Hovakimyan. "Till slut, de kommer alla att konvergera kring att ha ett ramverk som kommer att ha all styrka mot cyberattacker, mot fel på fysiska komponenter, nätverksfel, och så vidare."

Initialt, paketen som använder systemet skulle vara lätta, säg 5-10 pund, som täcker en hög andel av varor som beställs online. Så småningom, Hovakimyan tror, viktgränsen skulle öka.

"Jag tror att den här tekniken så småningom kommer att finnas tillgänglig i olika storlekar, i olika operationer, och för att uppfylla olika behov, " Hovakimyan sa. "Den underliggande matematiska ramen är mycket rik och komplex. Den drar fördel av grafteori, informationsteori, spelteoretiska metoder för budgivning, robust kontroll, möte med rörliga fordon, hårdvara, magnetisk dockning, och så vidare. Framtiden kommer snabbare än vad vi föreställer oss. Vi försöker ligga i framkant med de algoritmer vi utvecklar."

I sista hand, hon tror att sådana som Amazon kommer att vara övertygade om att användning av drönare och partnerskap med befintliga RSV:er ger den mest effektiva metoden för leverans, sparar dem kostnader för gas, fordonsunderhåll, och arbetskraft som för närvarande behövs för att klara den sista milen av leverans. De planerar att arbeta med de stora företagen i ytterligare utvecklingsstadier av projektet.