Sistem multi-drone secara otonom mensurvei koloni penguin
Robot

Sistem multi-drone secara otonom mensurvei koloni penguin


Koloni penguin Adélie di Cape Crozier. Kredit: Parker Levinson

Peneliti Universitas Stanford Mac Schwager memasuki dunia penguin menghitung melalui pertemuan kebetulan di pernikahan saudara iparnya pada bulan Juni 2016. Di sana, dia mengetahui bahwa Annie Schmidt, seorang ahli biologi di Point Blue Conservation Science, sedang mencari cara yang lebih baik untuk menggambarkan koloni penguin besar di Antartika. Schwager, yang merupakan asisten profesor aeronautika dan astronautika, melihat kesempatan untuk berkolaborasi, mengingat karyanya dalam mengendalikan kawanan robot terbang otonom.

Begitulah, tiga setengah tahun kemudian, mahasiswa pascasarjana Schwager, Kunal Shah, mendapati dirinya di Stasiun McMurdo yang terkenal, siap untuk uji terbang Antartika pertama dari sistem pencitraan multi-drone baru mereka, yang mengoordinasikan penerbangan beberapa drone otonom kelas atas — tetapi juga dapat digunakan dengan drone hobi.

Proyek ini tidak memiliki awal yang baik. “Tangan saya kedinginan. Baterai drone terlalu dingin untuk bekerja. Remote control drone terlalu dingin. Ponsel saya terlalu dingin dan berkedip peringatan,” kenang Shah. “Aku hanya berpikir, ‘Aku di sini selama dua setengah bulan dan ini hari pertama.’?”

Tidak terpengaruh, Shah dan rekan-rekannya dengan cepat beradaptasi dan sistem mereka, yang merupakan subjek dari makalah yang diterbitkan 28 Oktober di Ilmu Robotika, berulang kali membuat survei visual terperinci dari sekitar 300.000 pasang penguin Adélie yang bersarang di atas area seluas 2 kilometer persegi di Cape Crozier — kira-kira setara dengan ukuran negara Monako — dan koloni lain yang lebih kecil dengan sekitar 3.000 pasang penguin di Cape Royds. Jika survei drone yang dipiloti manusia sebelumnya di koloni Cape Crozier memakan waktu dua hari, setiap putaran survei baru, diselesaikan bekerja sama dengan National Science Foundation (NSF) dan Program Antartika AS (USAP), diselesaikan dalam waktu sekitar dua hari. -half jam, berkat algoritma perencanaan rute yang mengoordinasikan dua hingga empat drone otonom dan memprioritaskan cakupan koloni yang efisien.

“Hanya memindahkan semua peralatan itu ke lokasi terpencil dan mampu mempersiapkannya, menempatkannya dan menyebarkannya hanya dengan tenda dan gubuk penghangat kecil yang Anda inginkan, itu benar-benar fenomenal,” kata Schwager, penulis senior. dari kertas tetapi, untuk kekecewaannya, tidak bisa bergabung dengan tim lapangan. “Ini benar-benar menunjukkan betapa praktisnya sistem robotik otonom di lingkungan terpencil.”

Sistem multi-drone mensurvei koloni penguin secara mandiri

Visualisasi rute drone otonom ditentukan oleh algoritme perencanaan jalur Universitas Stanford di atas koloni penguin Adélie di Cape Crozier di Antartika, yang luasnya kira-kira 2 kilometer persegi. Kredit: Kunal Shah

Kecepatan itu penting

Survei udara koloni penguin telah dilakukan sebelumnya, biasanya dengan helikopter atau satu drone. Metode helikopter menghasilkan kualitas gambar yang bagus tetapi mahal, hemat bahan bakar, dan berisiko mengganggu burung. Survei drone tunggal memakan waktu dan — karena drone harus diluncurkan dari jarak yang aman, sekitar lima kilometer (tiga mil) dari koloni — sulit dinavigasi. Kekurangan drone lainnya adalah mereka harus terbang ke, berulang-ulang dari koloni hanya dengan masa pakai baterai 12-15 menit. Ancaman terus-menerus dari perubahan mendadak dalam kondisi penerbangan semakin menambah pentingnya survei cepat.

Penggunaan beberapa drone menghindari tantangan ini, dan hal itu dimungkinkan oleh algoritme perencanaan rute unik yang dikembangkan oleh para peneliti Stanford. Dengan adanya ruang survei, algoritme membagi ruang, menetapkan titik tujuan ke setiap drone, dan menemukan cara untuk memindahkan drone melalui titik-titik tersebut dengan cara yang paling efisien, membatasi perjalanan mundur dan perjalanan yang berlebihan. Satu persyaratan tambahan yang penting adalah setiap drone keluar dari ruang angkasa di tempat yang sama di mana ia masuk, yang menghemat waktu penerbangan yang berharga. Algoritme juga mempertahankan jarak yang aman, konstan, dari tanah meskipun ada perubahan ketinggian, dan memiliki persentase gambar yang tumpang tindih untuk memastikan survei lengkap. Berbeda dengan aksi bolak-balik robot vakum, Schwager menggambarkan jalur algoritme sebagai “organik dan spidery”.

“Prosesnya cepat. Apa yang tadinya hanya coretan algoritme di layar sehari sebelumnya berubah menjadi gambar masif dari semua penguin di koloni,” kata Shah, penulis utama makalah tersebut. “Kami dapat melihat orang-orang berjalan di sekitar koloni dan semua burung yang bersarang dan datang ke dan dari laut. Sungguh luar biasa.”

Sistem multi-drone mensurvei koloni penguin secara mandiri

Pemandangan luar biasa dari kamp lapangan tempat mahasiswa pascasarjana Universitas Stanford, Kunal Shah, dan rekannya tinggal selama lebih dari dua bulan. Struktur yang lebih besar adalah pondok penghangat, tempat memasak dan pengisian baterai berlangsung. Struktur yang lebih kecil adalah tenda individu. Kredit: Kunal Shah

Mata di langit

Para peneliti membayangkan kegunaan lain untuk sistem multi-drone mereka, seperti pemantauan lalu lintas dan pelacakan kebakaran hutan. Mereka telah melakukan pengujian di beberapa pengaturan yang bervariasi. Mereka telah terbang di atas peternakan besar di Marin, California, untuk menilai vegetasi yang tersedia untuk penggembalaan ternak. Mereka juga membawa drone mereka ke Danau Mono dekat perbatasan California-Nevada untuk mensurvei populasi camar California yang tinggal di dekat Pulau Paoha di tengah danau. Seperti Antartika, pengujian Danau Mono memiliki tantangan tersendiri — burung-burungnya lebih kecil, para peneliti harus berlayar ke lokasi sebelum melepaskan drone dan ada risiko kehilangan drone di air (yang untungnya, tidak terjadi) .

Sementara itu, ahli biologi penguin tetap fokus pada pengukuran ukuran populasi, tingkat kelahiran dan kepadatan sarang, dan akan melakukan observasi penguin putaran kedua tahun ini. Karena pandemi, kali ini tim Point Blue Conservation Science akan bekerja sendiri.

Berpikir tentang gambaran besarnya — dalam arti kiasan — para peneliti berharap sistem mereka berfungsi sebagai bukti potensi positif dari robot dan sistem otonom.

“Manusia tidak pernah bisa melompat ke langit dan menghitung 300.000 penguin atau melacak kebakaran hutan,” kata Schwager. “Saya pikir tim robot otonom benar-benar dapat menjadi kuat dalam membantu kita mengelola dunia kita yang terus berubah, lingkungan kita yang berubah, pada skala yang tidak pernah kita bisa sebelumnya.”



Informasi lebih lanjut:
K. Shah el al., “Survei udara multidrone koloni penguin di Antartika,” Ilmu Robotika (2020). robotics.sciencemag.org/lookup… /scirobotics.abc3000

Disediakan oleh Universitas Stanford

Kutipan: Sistem multi-drone secara otonom mensurvei koloni penguin (2020, 28 Oktober) diakses 27 November 2020 dari https://techxplore.com/news/2020-10-multi-drone-autonomously-surveys-penguin-colonies.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Singapore Prize