Flygande bilar, drönare och andra transportfordon för stadsflyg har verklig potential att tillhandahålla effektiva transport- och leveranslösningar, men vad händer om en drönare som levererar cheeseburgare går sönder över en stadspark eller mitt på en trång gata? Forskare vid University of Illinois Urbana-Champaign utvecklade en metod för att mäta fordons förmåga att återhämta sig och slutföra sitt uppdrag på ett säkert sätt.

"Ingenjörer bygger in mycket redundans i varje system, eftersom misslyckande inte är ett alternativ när det gäller att garantera säkerheten", säger Melkior Ornik, professor vid Institutionen för flygteknik i Illinois. "När olyckor inträffar kräver fordonets system en sorts snabb omplanering i realtid för att fortsätta sitt uppdrag eller, mindre idealiskt, räkna ut ett säkert alternativt uppdrag. Till exempel kanske den felaktiga drönaren inte kan nå sin destination, men den har tillräckligt med kraft för att undvika ett mycket befolkat område och krascha i ett tomt fält istället."

Ornik utvecklade en föreställning som han kallar kvantitativ motståndskraft hos ett kontrollsystem som försöker fastställa kapaciteten hos ett system efter att det upplevt en negativ händelse. Ett scenario undersökte förmågan att återhämta sig från förlusten av ett ställdon – när en motor, roder eller annan del skadas och du inte längre har kontroll över en del av ditt system.

"De andra fallen tittade på situationer där alla ställdon fortfarande fungerar, men inte på full effekt," sa Ornik. "Säg, du kör din bil och plötsligt kan du bara vrida ratten en fjärdedel, inte hela vägen. Vi försöker fastställa hur man fortfarande kan styra systemet så säkert som möjligt efter något sådant. händer."

Ornik sa att datorkvantitativ motståndskraft är en komplex uppgift eftersom den kräver att lösa fyra kapslade, möjligen olinjära, optimeringsproblem.

"Det huvudsakliga tekniska bidraget från detta arbete är att vi tillhandahållit en effektiv metod för att beräkna kvantitativ motståndskraft", sa han. "Med hjälp av kontrollteori och två nya geometriska resultat reducerar vi beräkningen av kvantitativ resiliens till ett enda linjärt optimeringsproblem."

En del av projektet var ett industriellt samarbete med Bihrle Applied Research, Inc. "Detta var min första erfarenhet av den här typen av samarbete. Bihrle är ett flygföretag som är intresserade av verktyg för att garantera säkerheten för flygplan och stadsflyg och vara förberedd på när något dåligt händer. Denna förmåga att arbeta igenom när utrustningen inte fungerar har verkliga konsekvenser."