Ormandaki kayıp yürüyüşçüleri bulmak zor ve uzun bir süreç olabilir. Çünkü helikopterler ve insansız uçaklar, kalın ağaç gölgeliklerinden ayrıntıları yakalayamaz. Son zamanlarda, ağaçlarla kıvrılan ve zikzaklar yapabilen otonom drone’ların bu aramalara yardımcı olabileceği öne sürülmüştür. Ancak, drone’u yönlendirmek için kullanılan GPS sinyalleri orman ortamlarında güvenilir olmayabilir.MIT araştırmacıları, Deneysel Robotik Konferansı Uluslararası Sempozyumunda sunulan bir makalede, yoğun orman kanopileri altında işbirliği içinde arama yapmak için bir drone filosu için özgün bir sistem tanımladılar. Dronelar,GPS’e ihtiyaç duymazsadece yerleşik hesaplama ve kablosuz iletişim kullanır.
Her bir otonom quadrotor drone (birden çok pervaneye sahip olan bir helikopter), konum tahmini, lokalizasyon ve yol planlaması için lazer menzil bulucularıyla donatılmıştır. Drone etrafta uçarken, arazinin 3 boyutlu bir haritasını oluşturur. Algoritmalar, keşfedilmemiş ve önceden araştırılmış noktaları tanımasına yardımcı olur. Bu yüzden bir alanı tam olarak planlayabilir. Yerleşik bir yer istasyonu, birden fazla drondan gelen bireysel haritaları, insan kurtarıcıları tarafından izlenebilen küresel bir 3 boyutlu haritayla birleştirir.
Dronlar gerçek dünyadaki bir uygulamada, mevcut sistemde olmasa bile, kayıp bir yürüyüşçüyü tanımlamak için nesne tespitiyle donatılmış olacaktı. Bulunduğunda drone, yürüyüşçünün yerini küresel harita üzerinde işaretler. İnsanlar bu bilgileri bir kurtarma görevini planlamak için kullanabilir.Havacılık ve Uzay Bilimleri Bölümü’nde (AeroAstro) yüksek lisans öğrencisi Yulun Tian, “Aslında, arama ve kurtarma sürecinin daha verimli bir parçası haline getirmek için insanları bir drone filosuyla değiştirdiklerini” ifade etti.
Araştırmacılar, rastgele oluşturulmuş ormanların simülasyonlarında çok sayıda dronu test ettiler. NASA’nın Langley Araştırma Merkezi’nde ormanlık bir alanda iki drone test edildi. Her iki deneyde de, her bir drone yaklaşık iki-beş dakika içinde yaklaşık 20 metrekarelik bir alanı haritalandırdı ve ortaklaşa haritalarını gerçek zamanlı olarak birleştirdi. Drone’lar ayrıca, görevi tamamlamak için genel hız ve zaman, orman özelliklerinin tespiti ve haritaların doğru bir şekilde birleştirilmesi de dahil çeşitli metriklerde iyi performans gösterdi.
Keşfetme ve Haritalama
Araştırmacılar, her bir drone üzerinde, lazer ışınları çekimi ve yansıyan titreşimlerin ölçümü ile çevresel engellerin 2 boyutlu bir taramasını oluşturan bir LIDAR sistemini monte etti. Bu ağaçları tespit etmek için kullanılabilir. Ancak, dronlara, ağaçların her biri belirgin bir şekilde benzer görünmektedir. Bir drone belirli bir ağacı tanımıyorsa, zaten bir alanı araştırıp araştırmadığı belirlenemez.Araştırmacılar, dronlarını ormanınçok daha farklıyönelimlerini tanımlamak için programladılar. Bu yöntemle, LIDAR sinyali bir ağaç kümesi döndürdüğünde, bir algoritma bu kümeyi tanımlamak için ağaçlar arasındaki açıları ve mesafeleri hesaplar. Tian “Dronlar bunu daha önce bu bölgeyi ziyaret edip etmediklerini veya yeni bir alan olup olmadığını anlamak için benzersiz bir işaret olarak kullanabilirler.”
Bu algılama tekniğiözelliği, yer istasyonunun haritalarınıdoğru bir şekilde birleştirmesine yardımcı olur. Drone’lar genellikle döngülerdeki bir alanı keşfederler ve taramayaparlar. Yer istasyonu sürekli taramaları izler; iki drone aynı ağaç kümesine çevrildiğinde, yer istasyonu, drone’lar arasındaki göreceli dönüşümü hesaplayarak ve daha sonra tutarlı yönelimleri sürdürmek için tek tek haritaları birleştirir.Tian “Göreceli dönüşümün hesaplanması, iki haritayı nasıl hizalamanız gerektiğini söyler. Bu da ormanın nasıl göründüğüne karşılık gelir” dedi.
Yer istasyonunda “eşzamanlı lokalizasyon ve haritalama” (SLAM) adı verilen robotik navigasyon yazılımı hem bilinmeyen bir alanı haritalayan hem de alan içindeki bir aracıyı takip eden Drone’ların konumlarını yerelleştirmek ve yakalamak için LIDAR girişini kullanır. Bu, haritaların doğru şekilde birleştirilmesine yardımcı olur.Tian “Sonuç, 3 boyutlu arazi özelliklerine sahip bir haritadır. Ağaçlar, yüksekliğe bağlı olarak, mavinin rengarenk tonlarının blokları olarak görünür. Beklenmeyen alanlar karanlıktır. Ancak bir drone tarafından eşleştirildiklerinde griye dönerler. Yerleşik yol planlama yazılımı her zaman etrafta uçarken bu karanlık keşfedilmemiş alanları keşfetmek için bir drona haber verir. Üç boyutlu bir harita üretmek, bir kamerayı bir drona bağlamaktan ve video akışını izlemekten daha güvenilirdir. Örneğin bir merkez istasyonuna video aktarımı yapmak, ormanlık alanlarda bulunmayabilecek birçok bant genişliği gerektirir.”
Daha Verimli Arama
Bu önemli buluş, drone’ların bir bölgeyi daha verimli bir şekilde keşfetmesini sağlayan yeni bir araştırma stratejisidir. Daha geleneksel bir yaklaşıma göre, bir drone her zaman mümkün olan en yakın bilinmeyen alanı arar. Bununla birlikte, dronun mevcut konumundan herhangi bir yönde olabilir. Drone genellikle kısa bir mesafede uçar ve sonra yeni bir yön seçmek için durur.
Tian, “Bu, drone [hareketinin] dinamiğine uymuyor. Durmak ve dönmek zorunda, yani bu, zaman ve enerji açısından çok verimsiz olduğu anlamına geliyor. Gerçekten hızı yakalayamıyorsunuz.Arama ve kurtarma görevlerinde zaman çok önemlidir.”Bunun yerine, araştırmacıların dronların hızlarını ve yönlerini göz önünde bulundurarak ve tutarlı bir hız sağlayarak mümkün olan en yakın alanı keşfederler. Bu strateji dronun spiral bir patikada seyahat etme eğiliminde olduğu bir arama alanını çok daha hızlı bir şekilde kapsar.
Makalede, araştırmacılar yeni arama stratejilerini geleneksel bir yöntemle karşılaştırdılar. Araştırmacıların stratejisi, bu temel çizgiyle karşılaştırıldığında, dronların önemli ölçüde daha fazla alan, birkaç dakika daha hızlı ve daha yüksek ortalama hızlarla karşılanmasına yardımcı oldu.Drone’ların harita birleştirme için hala bir off-board yer istasyonu ile iletişim kurması pratik kullanım için bir sınırlamadır.Açık deneylerinde, araştırmacılar her drone ve yer istasyonunu bağlayan bir kablosuz yönlendirici kurmak zorunda kaldılar. Gelecekte, dronları birbirlerine yaklaşırken kablosuz olarak iletişim kurmayı, haritalarını birleştirmeyi ve ayrıldıklarında iletişimi kesmeyi tasarlamayı umuyorlar. Bu durumda, yer istasyonu sadece güncellenmiş küresel haritayı izlemek için kullanılacaktır.
