Forskare vid Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) i Ryssland har nyligen introducerat en ny strategi för att förbättra interaktionen mellan människor och robotsvärmar, kallas SwarmTouch. Denna strategi, presenteras i en tidning förpublicerad på arXiv, tillåter en mänsklig operatör att kommunicera med en svärm av nano-kvadrotordrönare och styra deras formation, samtidigt som den får taktil feedback i form av vibrationer.

"Vi arbetar inom svärm av drönare och min tidigare forskning inom området haptik var till stor hjälp för att introducera en ny gräns för taktila människa-svärminteraktioner, "Dzmitry Tsetserukou, Professor vid Skoltech och chef för Intelligent Space Robotics laboratorium, berättade för TechXplore. "Under våra experiment med svärmen, dock, vi förstod att nuvarande gränssnitt är för ovänliga och svåra att använda."

Samtidigt som man genomför forskning som undersöker strategier för interaktion mellan människa och svärm, Tsetserukou och hans kollegor insåg att det för närvarande inte finns några tillgängliga gränssnitt som tillåter mänskliga operatörer att enkelt distribuera en svärm av robotar och kontrollera dess rörelser i realtid. Just nu, de flesta svärmar följer helt enkelt fördefinierade banor, som har satts upp av forskare innan robotarna börjar fungera.

Strategin för interaktion mellan människa och svärm som föreslagits av forskarna, å andra sidan, låter en mänsklig användare styra rörelserna för en svärm av nano-kvadrotorrobotar direkt. Den gör detta genom att ta hänsyn till hastigheten på användarens hand och ändra svärmens form eller dynamik i enlighet därmed, med hjälp av simulerade impedanslänkar mellan robotarna för att producera beteenden som liknar de hos svärmar som förekommer i naturen.

Systemet som utarbetats av forskarna inkluderar en bärbar taktil display som levererar vibrationsmönster på en användares fingrar för att informera honom/henne om nuvarande svärmdynamik (d.v.s. om svärmen expanderar eller krymper). Dessa vibrationsmönster tillåter mänskliga användare att ändra svärmdynamiken så att svärmen kan undvika hinder helt enkelt genom att flytta händerna i olika hastigheter eller i olika riktningar.

Systemet känner av positionen för användarens hand med hjälp av ett mycket exakt rörelsefångningssystem som kallas Vicon Vantage V5. Dessutom, den mänskliga operatören och enskilda robotar i svärmen är sammankopplade via impedanslänkar.

"Dessa länkar beter sig som fjäder-dämpare, " Tsetserukou förklarade. "De förhindrar drönare från att flyga nära operatören och till varandra och från att starta eller stoppa abrupt. Vår strategi förbättrar avsevärt säkerheten för interaktioner mellan människor och svärmar och gör att svärmens beteende liknar de verkliga biologiska systemen (t.ex. bisvärmar)."

Den viktigaste fördelen med interaktionsstrategin mellan människa och svärm som Tsetserukou och hans kollegor utarbetat är att den tillåter användare att uppleva rörelsen av en robotsvärm direkt genom sina fingertoppar. Det tillåter också operatörer att ändra svärmdynamik i realtid, låter robotarna navigera i röriga och komplexa miljöer, som stadskärnor fyllda med skyskrapor eller andra hinder.

Preliminära tester som utvärderade denna nya taktila interaktionsstrategi visade att användare kan förstå vad vibrationerna på deras fingertoppar betyder större delen av tiden. De flesta av deltagarna som deltog i dessa tester ansåg att den taktila känslan förbättrade deras förmåga att styra drönarna, samtidigt som de gör deras kommunikation med svärmen mer interaktiv.

I framtiden, SwarmTouch, strategin utvecklad av Tsetserukou och hans kollegor, kan användas för att träna svärmar att navigera i lager, leverera varor inom stadsmiljöer och även inspektera broar eller annan infrastruktur. Forskarna kommer snart att presentera ett annat tillvägagångssätt, kallas CloakSwarm, på ACM Siggraph Asia 2019-konferensen.

De arbetar också med två ytterligare drönare-människa interaktionsstrategier, SlingDrone och WiredSwarm, som kommer att demonstreras på ACM VRST 2019-konferensen. SlingDrone, den första av dessa strategier, är ett mixed reality-paradigm som låter användare använda drönare med hjälp av en pekkontroll på ett interaktivt sätt, producerar en slangbellaliknande rörelse.

"Det här tillvägagångssättet liknar det populära mobilspelet Angry Birds, men med användare som drar en riktig drönare med ett rep istället för på en pekskärm, för att navigera sin ballistiska bana i virtuell verklighet, " Tsetserukou förklarade. "SlingDrone låter dig peka en virtuell drönare i den riktning du vill att den ska flyga i och samtidigt kommer en riktig drönare att flyga till målpositionen och ge dig objektet du vill få tag på. WiredSwarm, å andra sidan, är en svärm av drönare som är fästa vid användarens fingrar med koppel, som kan ge högtrohet haptisk feedback till en VR-användare. Vi kallar den här nya typen av gränssnitt för det första flygande bärbara haptiska gränssnittet."

© 2019 Science X Network