Onderzoekers van het Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) in Rusland hebben onlangs een nieuwe strategie geïntroduceerd om de interactie tussen mensen en robotzwermen te verbeteren, genaamd SwarmTouch. Deze strategie, gepresenteerd in een paper dat vooraf is gepubliceerd op arXiv, stelt een menselijke operator in staat om te communiceren met een zwerm nano-quadrotor-drones en hun formatie te begeleiden, terwijl het tactiele feedback ontvangt in de vorm van trillingen.

"We werken op het gebied van zwerm drones en mijn eerdere onderzoek op het gebied van haptiek was zeer nuttig bij het introduceren van een nieuwe grens van tactiele mens-zwerm interacties, "Dzmitry Tsetserukou, Professor bij Skoltech en hoofd van Intelligent Space Robotics laboratorium, vertelde TechXplore. "Tijdens onze experimenten met de zwerm, echter, we begrepen dat de huidige interfaces te onvriendelijk en moeilijk te bedienen zijn."

Tijdens het doen van onderzoek naar strategieën voor interactie tussen mens en zwerm, Tsetserukou en zijn collega's realiseerden zich dat er momenteel geen interfaces beschikbaar zijn waarmee menselijke operators gemakkelijk een zwerm robots kunnen inzetten en de bewegingen ervan in realtime kunnen regelen. Momenteel, de meeste zwermen volgen eenvoudig vooraf gedefinieerde trajecten, die door onderzoekers zijn opgesteld voordat de robots beginnen te werken.

De door de onderzoekers voorgestelde strategie voor interactie tussen mens en zwerm, anderzijds, stelt een menselijke gebruiker in staat om de bewegingen van een zwerm nano-quadrotorrobots direct te sturen. Het doet dit door rekening te houden met de snelheid van de hand van de gebruiker en de formatievorm of dynamiek van de zwerm dienovereenkomstig te veranderen, het gebruik van gesimuleerde impedantie-interlinks tussen de robots om gedrag te produceren dat lijkt op dat van zwermen die in de natuur voorkomen.

Het door de onderzoekers bedachte systeem omvat een draagbaar voelbaar display dat trillingspatronen op de vingers van een gebruiker afgeeft om hem/haar te informeren over de huidige zwermdynamiek (d.w.z. als de zwerm uitzet of krimpt). Met deze trillingspatronen kunnen menselijke gebruikers de zwermdynamiek veranderen, zodat de zwerm obstakels kan vermijden door simpelweg hun handen met verschillende snelheden of in verschillende richtingen te bewegen.

Het systeem detecteert de positie van de hand van de gebruiker met behulp van een zeer nauwkeurig bewegingsregistratiesysteem genaamd Vicon Vantage V5. In aanvulling, de menselijke operator en individuele robots in de zwerm zijn verbonden via impedantie-interlinks.

"Deze schakels gedragen zich als veren-dempers, Tsetserukou legt uit. "Ze voorkomen dat drones dicht bij de operator en bij elkaar vliegen en abrupt starten of stoppen. Onze strategie verbetert de veiligheid van interacties tussen mens en zwerm aanzienlijk en maakt het gedrag van de zwerm vergelijkbaar met dat van echte biologische systemen (bijvoorbeeld bijenzwermen)."

Het belangrijkste voordeel van de interactiestrategie tussen mens en zwerm, bedacht door Tsetserukou en zijn collega's, is dat gebruikers de beweging van een robotzwerm direct via hun vingertoppen kunnen ervaren. Het stelt operators ook in staat om de zwermdynamiek in realtime te veranderen, waardoor de robots door rommelige en complexe omgevingen kunnen navigeren, zoals stedelijke centra vol wolkenkrabbers of andere obstakels.

Voorlopige tests die deze nieuwe tactiele interactiestrategie evalueren, hebben aangetoond dat gebruikers het grootste deel van de tijd kunnen begrijpen wat de trillingen op hun vingertoppen betekenen. De meeste deelnemers die aan deze tests deelnamen, waren van mening dat de tactiele sensatie hun vermogen om de drones te sturen verbeterde, terwijl ze ook hun communicatie met de zwerm interactiever maken.

In de toekomst, ZwermTouch, de strategie ontwikkeld door Tsetserukou en zijn collega's, kan worden gebruikt om zwermen te trainen om in magazijnen te navigeren, goederen binnen stedelijke omgevingen afleveren en zelfs bruggen of andere infrastructuren inspecteren. Binnenkort presenteren de onderzoekers een andere aanpak, genaamd CloakSwarm, op de ACM Siggraph Asia 2019-conferentie.

Ze werken ook aan twee aanvullende strategieën voor interactie tussen drones en mensen, SlingDrone en WiredSwarm, die zal worden gedemonstreerd op de ACM VRST 2019 conferentie. SlingDrone, de eerste van deze strategieën, is een mixed reality-paradigma waarmee gebruikers op een interactieve manier drones kunnen bedienen met behulp van een aanwijscontroller, het produceren van een katapult-achtige beweging.

"Deze aanpak lijkt enigszins op het populaire mobiele spel Angry Birds, maar met gebruikers die een echte drone met een touw trekken in plaats van op een touchscreen, om zijn ballistische baan in virtual reality te navigeren, " legde Tsetserukou uit. "SlingDrone stelt je in staat een virtuele drone in de richting te richten waarin je wilt dat hij vliegt en tegelijkertijd zal een echte drone naar de doelpositie vliegen en je het object brengen dat je wilt pakken. BedraadZwerm, anderzijds, is een zwerm drones die met riemen aan de vingers van de gebruiker zijn vastgemaakt, die high-fidelity haptische feedback kan geven aan een VR-gebruiker. We noemen dit nieuwe type interface de eerste vliegende draagbare haptische interface."

© 2019 Wetenschap X Netwerk