Zoek- en reddingsteams gebruiken al drones om vermiste wandelaars te lokaliseren. Boeren vliegen ze over velden om gewassen te onderzoeken. En bezorgbedrijven zullen binnenkort drones gebruiken om pakketten voor de deur af te zetten.

Met zoveel toepassingen voor de technologie, een onderzoeker van de Iowa State University zegt dat de volgende stap is om de capaciteit uit te breiden door het inzetten van vloten van drones. Maar om dat voor elkaar te krijgen, is niet zo eenvoudig als het lanceren van meerdere vliegtuigen tegelijk. Borzoo Bonakdarpour, een assistent-professor in de informatica, zegt in tegenstelling tot het besturen van een enkele drone op afstand, het besturen van een vloot vereist een geautomatiseerd systeem om de taak te coördineren, maar laat drones onafhankelijk reageren op het weer, een crash of onverwachte gebeurtenissen.

"Het besturingssysteem moet betrouwbaar en veilig zijn. De drones moeten met elkaar praten zonder dat een centraal commando elke eenheid vertelt waar ze heen moeten en wat ze moeten doen als de omstandigheden veranderen, Bonakdarpour zei. "We willen ook de tijd en energie optimaliseren om de taak te voltooien, omdat drone-batterijen maar ongeveer 15 of 20 minuten meegaan."

Om dit probleem aan te pakken, Bonakdarpour en zijn collega's ontwikkelden een wiskundig model om de kosten - tijd en energie - te berekenen om een ​​taak te voltooien op basis van het aantal beschikbare drones en oplaadstations. Het model houdt rekening met de energie die elke drone nodig heeft om zijn deel van de taak te voltooien en indien nodig naar een laadstation te vliegen.

Op papier is de oplossing relatief eenvoudig voor een team van computerwetenschappers, maar Bonakdarpour zegt dat de overgang van theorie naar implementatie niet zo eenvoudig is. "Terwijl we aan één probleem werken, we vinden eigenlijk nieuwe problemen die we moeten oplossen. Het is uitdagend, maar dat maakt het ook spannend, " hij zei.

Bijvoorbeeld, als een batterij 15 minuten meegaat in het lab, het kan op een warme of koude dag buiten tot 10 minuten dalen. Het lokaliseren van laadstations is een ander probleem. De optimale plaatsing kan midden in een meer zijn en in werkelijkheid onbereikbaar.

Afweging tussen energie en veiligheid beheren

Op basis van hun model, Bonakdarpour, Anh-Duy Vu met McMaster University, Canada; en Ramy Medhat met Google in Waterloo, Canada, ontwikkelde vier werkmethoden:drie offline optimalisatietechnieken en één online algoritme. Hoewel een offline techniek beperkt is omdat de voorgeprogrammeerde vliegroutes drones niet toestaan ​​te reageren op onverwachte gebeurtenissen of veranderende omstandigheden, Bonakdarpour zegt dat het de basis vormt om het online algoritme te laten werken.

De onderzoekers voerden een reeks simulaties uit (zie video) met behulp van vier drones om te testen op efficiëntie en veiligheid. Ze ontdekten dat het online algoritme de wisselwerking tussen beveiliging en energie met succes beheerde binnen de energielimieten van de drones. De vloot voltooide alle toegewezen taken en meer dan de helft van de authenticatiecontroles. De onderzoekers presenteerden de bevindingen onlangs op de International Conference on Cyber-Physical Systems in Canada.

Verdedigen tegen hackers, malafide drones

Het besturen van een geautomatiseerde vloot van drones brengt veiligheidsrisico's met zich mee die minder belangrijk zijn bij het besturen van een enkele drone op afstand. Bonakdarpour zegt dat drones met automatisering vaak GPS-signaal en positie moeten ontvangen. Als het signaal wegvalt of de drones naar een gebied vliegen dat geen GPS heeft, het kan snel een probleem worden.

"Als je met je auto rijdt en je GPS kwijtraakt, je rijvaardigheid hangt niet af van dat signaal. U kunt een uitgang missen, maar een minuutje signaalverlies is meestal niet erg. Echter, met drones is slechts een paar seconden niet te tolereren, ' zei Bonakdarpour.

Softwarefouten of fouten kunnen ertoe leiden dat een drone uit koers vliegt en de richting niet volgt om de missie te voltooien. Bonakdarpour zegt dat hackers ook een verkeerd signaal kunnen sturen of een drone kunnen besturen om zich voor te doen als de vloot. Hoewel het vinden van oplossingen tijd kost, Bonakdarpour zegt dat de technologie bestaat om het mogelijk te maken. Echter, er is ook steun van de industrie nodig om infrastructuur en laadstations te bouwen, evenals wijzigingen in de regelgeving om de exploitatie van een vloot van drones mogelijk te maken.