Vliegende auto's, drones en andere voertuigen voor stedelijke luchtmobiliteit hebben echt potentieel om efficiënte transport- en bezorgoplossingen te bieden, maar wat gebeurt er als een drone die cheeseburgers bezorgt, kapot gaat boven een stadspark of in het midden van een drukke straat? Onderzoekers van de University of Illinois Urbana-Champaign ontwikkelden een methode om het vermogen van voertuigen te meten om te herstellen en hun missie veilig te voltooien.

"Ingenieurs bouwen veel redundantie in elk systeem, omdat falen geen optie is als het gaat om het waarborgen van de veiligheid", zegt Melkior Ornik, professor aan de afdeling Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek in Illinois. "Als er ongelukken gebeuren, vereist het systeem van het voertuig een soort snelle, realtime herplanning om zijn missie voort te zetten of, minder ideaal, een veilige alternatieve missie te bedenken. De defecte drone kan bijvoorbeeld zijn bestemming niet bereiken, maar het heeft genoeg kracht om een ​​dichtbevolkt gebied te vermijden en in plaats daarvan in een leeg veld neer te storten."

Ornik ontwikkelde een idee dat hij kwantitatieve veerkracht van een besturingssysteem noemt, dat probeert de mogelijkheden van een systeem vast te stellen nadat het een ongunstige gebeurtenis heeft meegemaakt. Eén scenario onderzocht het vermogen om te herstellen van het verlies van een actuator - wanneer een motor, roer of ander onderdeel beschadigd raakt en u geen controle meer heeft over een deel van uw systeem.

"In de andere gevallen werd gekeken naar situaties waarin alle actuatoren nog steeds werken, maar niet op vol vermogen", zei Ornik. "Stel, je rijdt met je auto en ineens kun je je stuur maar een kwart draaien, niet helemaal. We proberen vast te stellen hoe we het systeem na zoiets toch zo veilig mogelijk kunnen bedienen gebeurt."

Ornik zei dat het berekenen van kwantitatieve veerkracht een complexe taak is, omdat het vier geneste, mogelijk niet-lineaire optimalisatieproblemen vereist.

"De belangrijkste technische bijdrage van dit werk is dat we een eciënte methode hebben geleverd om kwantitatieve veerkracht te berekenen," zei hij. "Door te vertrouwen op de regeltheorie en op twee nieuwe geometrische resultaten, reduceren we de berekening van kwantitatieve veerkracht tot een enkel lineair optimalisatieprobleem."

Onderdeel van het project was een industriële samenwerking met Bihrle Applied Research, Inc. "Dit was mijn eerste ervaring met dit soort samenwerking. Bihrle is een ruimtevaartbedrijf dat geïnteresseerd is in hulpmiddelen om de veiligheid van vliegtuigen en stedelijke luchtvaartuigen te waarborgen en om voorbereid te zijn op wanneer er gebeurt iets ergs. Dit vermogen om door te werken wanneer apparatuurstoringen optreden, heeft implicaties voor het echte leven."