Deze kleine drone kan dankzij echolocatie zelfs navigeren als het donker of erg mistig is.

Drones ‘zien’ meestal met camera’s en LIDAR-sensoren. Over het algemeen kunnen ze daarmee prima navigeren, maar er zijn situaties waarin dat niet goed lukt. In het donker bijvoorbeeld, of in dichte mist. Daar zijn oplossingen voor, bijvoorbeeld door gebruik te maken van radarsensoren. Maar dit soort systemen zijn vaak duur, zwaar en vereisen veel stroom – wat onhandig is voor kleine, lichte drones zonder grote batterijen.

Veel vleermuissoorten gebruiken echolocatie om te navigeren in het donker. Ze produceren hoge geluiden en luisteren naar de echo’s. Daaruit kunnen ze opmaken waar zich obstakels bevinden. Misschien is echolocatie ook wel geschikt voor lichte drones, bedachten onderzoekers van het Worcester Polytechnic Institute (VS). De slechts 2 gram wegende Thaise varkensneusvleermuis (ook wel de hommelvleermuis) kan hiermee immers ook door donkere grotten vliegen zonder ergens tegenaan te botsen.

Lees ook:

• Waarom botsen vleermuizen in drukke zwermen niet tegen elkaar aan?
• Deze drone kan landen op een pick-uptruck die 110 km/uur rijdt

Drone maakt lawaai

Ze gingen aan de slag met de PeARBat160, een autonome quadrotor die ongeveer zo groot is als je handpalm en 460 gram weegt. Maar een drone uitrusten met echolocatie bleek nog niet zo eenvoudig. Zo’n vliegmachine produceert namelijk zelf veel lawaai, wat de relatief zwakke echo’s overstemt. De onderzoekers bedachten daar twee oplossingen voor.

Eerst bouwden ze een geluidsschild voorop de drone. Dit vormt een fysieke barrière tussen de lawaaierige rotorbladen en de echosensor. Hierdoor was de geluidsoverlast een stuk minder, maar nog niet helemaal verdwenen.

De onderzoekers ontwikkelden daarom ook een neuraal netwerk (een vorm van kunstmatige intelligentie) genaamd Saranga. Neurale netwerken zijn goed in het herkennen van patronen. De onderzoekers leerden Saranga om zwakke echo’s te herkennen in lawaaierige geluidsopnames. Vervolgens integreerden ze het neurale netwerk in de quadrotor. Het navigatiesysteem gebruikte slechts 1,2 milliwatt (radarsensoren gebruiken vaak tientallen watt).

Reddingsacties

Vervolgens was het tijd om de drone te testen. Tijdens binnen- en buitenexperimenten toonden de onderzoekers aan dat de quadrotor zowel bomen als dunne draden kon ontwijken. De drone bleef bovendien prima navigeren in het donker, dikke mist of als het sneeuwde. De kleine vliegmachine herkende zelfs doorzichtige ‘muren’ van dunne plastic vellen – iets waar zowel camera’s als radarsensoren moeite mee hebben.

De onderzoekers geven toe dat radar in veel gevallen toch beter werkt. Het ‘ziet’ objecten van verderaf, waardoor de drone eerder kan reageren en dus sneller kan vliegen. Maar als een drone goedkoop en klein moet zijn, is echolocatie (sonar) een goed alternatief.

Volgens de onderzoekers kunnen robots met echolocatie bovendien uitkomst bieden als er tijdens opsporings- en reddingsacties slecht zicht is, bijvoorbeeld tijdens bosbranden, in ingestorte gebouwen na aardbevingen of in donkere grotten.

In onderstaande video zie je de drone in actie:

Bronnen: Science Robotics, AAAS via EurekAlert!