Drony uczą się od zwierząt

Drony, czyli niewielkie, bezzałogowe maszyny latające, to nie tylko dyskretni szpiedzy. Z roku na rok znajdują coraz więcej zastosowań cywilnych. Drony pomagają w akcjach poszukiwawczych czy ratunkowych, a zaopatrzone w kamery i mikrofony mogą służyć w kontroli ruchu w miastach, robienia zdjęć powietrznych, monitorowania upraw i obserwacji zwierząt podczas badań w trudno dostępnych terenach. Wszystkie te zastosowania wymagają jednak doskonałej kontroli nad urządzeniem. Na łamach "Bioinspiration and Biomimetics" naukowcy z 14 zespołów prezentują zainspirowane przez przyrodę rozwiązania, przeniesione do świata dronów.

Małe drony już teraz wykorzystuje się w poszukiwaniach i akcjach ratunkowych, prowadzonych w trudno dostępnych lub niebezpiecznych miejscach. Tak było choćby w okolicach japońskiej elektrowni jądrowej w Fukushimie, uszkodzonej w 2011 r. przez tsunami. Naukowcy z Węgier są zdania, że działania takie będą doskonalsze, jeśli maszyny nauczą się współpracy. Opracowali już algorytm, który pozwala sterować działaniem dronów tak, by trzymały się w stadzie jak ptaki.

Skuteczności algorytmu dowiedziono na "stadzie" dziewięciu dronów, które miały podążać za autem. Zdaniem autorów rozwiązania taki gromadny ruch może dawać przewagę np. podczas przeszukiwania rozległych terenów.

Z kolei grupa inżynierów z Harvard University opracowała drona, który wielkością przypomina monetę jednogroszową. Urządzenie posiada kamerę i pozwala zajrzeć w wyjątkowo ciasne i niedostępne przestrzenie. Na razie potrafi startować i lądować, a także nieprzerwanie wisieć w powietrzu. W swojej publikacji naukowcy opisali pierwsze proste manewry swojego mikrorobota. Jak twierdzą, w przyszłości takie musze drony będą służyć do rozpoznania i mogą pomagać w zapylaniu roślin.

W miarę upowszechniania się dronów, będą one zyskiwać kolejne zastosowania, wymagające wytrzymałości na działanie żywiołów - ogromny upał lub mróz, ulewny deszcz czy burzę. Największym problemem pozostaną prawdopodobnie wiatry i wiry powietrzne. Aby się z nimi bezpieczniej mierzyć, naukowcy z University of North Caroline w Chapel Hill, University of California i Johns Hopkins University wzięli pod lupę ćmy.

Na razie obserwują, jak te lekkie owady radzą sobie w kontrolowanych przeciągach, wirach powietrznych i przy podmuchach. Chcą wiedzieć, jak to się dzieje, że mimo chwilowych problemów bardzo szybko odzyskują kontrolę nad ruchem.

Inżynierowie muszą też znaleźć sposób, by drony działały dłużej i oszczędniej zużywały energię. Rozwiązanie tej kwestii podsuwają naukowcy z Universite de Sherbrooke i Stanford University, zainspirowani polatuchami (krewnymi wiewiórki, które opanowały zdolność szybowania) i innymi "latającymi" zwierzętami, m.in. rybami i wężami.

Aerodynamiczny kształt ciała pozwala tym zwierzętom wydłużać skoki, dzięki czemu sprawnie umykają drapieżnikom. Wzorowana na nich maszyna ma opływowy kształt samolotu, ale w powietrze wzbija się dzięki specjalnej, sprężynującej stopie. Zdaniem naukowców takie rozwiązanie może się sprawdzić w akcjach poszukiwawczych i ratunkowych, gdzie wskazana jest oszczędność zasilania, a jednocześnie pożądana umiejętność lotu ponad trudnym terenem. W takich warunkach drony mają dużą przewagę nad robotami naziemnymi - podkreślają.

"Latające zwierzęta można znaleźć praktycznie w każdym mieście. Od szukających pokarmu gołębi po wabione zapachem fermentacji muszki owocowe, które precyzyjnie lądują na rancie kieliszka. Wszystkie te zwierzęta szybko nauczyły się, jak kontrolować lot w środowisku miejskim - tak, by jak najlepiej skorzystać z jego zasobów" - podkreśla dr David Lentink ze Stanford University, komentujący rozwiązania przedstawione w "Bioinspiration and Biomimetics".

"Żeby nasze drony równie dobrze sprawiały się na wietrze i w chaosie miasta, musimy rozwiązać kilka wyzwań z zakresu kontroli lotu, we wszystkich fazach: startu, samego lotu i lądowania" - dodaje.

Szczegóły nt. pomysłów na ulepszanie bezzałogowców można znaleźć na stronie: http://iopscience.iop.org/1748-3190/9/2. (PAP)

zan/ mrt/