25/03/2024
Door Ad Spijkers
Drones kunnen natuurbranden ontdekken en zouden al in een vroeg stadium kunnen overgaan op brandbestrijding.
Bosbranden komen over de hele wereld voor en worden steeds catastrofaler versneld door de klimaatverandering. Een nieuwe aanpak van onderzoekers van het Indian Institute of Science (IISc) in Bengaluru (Bangalore) probeert meerdere zwermen drones te gebruiken om natuurrampen zoals bosbranden aan te pakken.
Zwermen
Hoewel ze in India nog niet worden gebruikt, is het gebruik van drones niet geheel nieuw. Maar in een nieuwe studie stellen de onderzoekers voor om de technologie nog een stap verder te brengen: gecoördineerde drones met meerdere zwermen die naar binnen duiken om bosbranden te blussen. Tegen de tijd dat iemand een brand identificeert en meldt, is deze al begonnen zich te verspreiden en kan deze niet met één drone worden geblust. Er is een zwerm onderling met elkaar communicerende drones nodig.
De oplossing was om een speciaal soort algoritme te ontwerpen waarmee de zwerm met elkaar kon communiceren en onafhankelijke beslissingen kon nemen. In een hypothetisch scenario, wanneer er alarm wordt geslagen over een mogelijke brand, kunnen de zwermen worden gestuurd. Elke drone is dan voorzien van camera's, thermische en infraroodsensoren en temperatuurdetectoren om de branden te detecteren. Zodra deze is ontdekt, wordt de drone die zich het dichtst bij de zwerm bevindt, het centrum van de zwerm en trekt hij anderen naar zich toe.
Interessant is dat elke drone de autonomie zal hebben om de omvang en de potentiële verspreiding van de brand te berekenen, en te beslissen hoeveel drones nodig zijn om de brand te blussen. Deze beslissingen worden genomen door de drones zelf. Ze zoeken uit welke brandcluster zich sneller zal verspreiden en wijzen het benodigde aantal drones toe om die brand te blussen. De andere drones gaan op zoek naar andere brandclusters.
Micro-alg als inspirator
Het door het team ontwikkelde op een zwerm gebaseerde zoekalgoritme is de sleutel tot het controleren van het gedrag van de drones. Het zoeken naar vuur kan niet willekeurig zijn, omdat het te verkennen gebied te groot kan zijn. Om dit aan te pakken, lieten de onderzoekers zich inspireren door het foerageergedrag van een marien roofdier, een dinoflagellaat (een microscopisch kleine alg), genaamd Oxyrrhis Marina.
Bij het foerageren neemt deze alg eerst langere stappen om de omgeving te verkennen. Zodra het voelt alsof het dichter bij de voedselbron is, zal het de staplengte verkleinen en vervolgens het gebied in meer detail gaan verkennen. Het team besloot dit gedrag in het algoritme op te nemen. De temperatuursensoren in de drones zoeken naar een minimale drempelwaarde. Wanneer dat is bereikt, verlagen de drones hun zoekstap, omdat het vuur nabij is.
Decentrale besluitvorming
Het voordeel van de inzet van drones is, dat de besluitvorming gedecentraliseerd is, op basis van data en gericht op maximale efficiëntie. Er wordt niet meer dan het vereiste aantal drones aan een brandcluster toegewezen, zodat anderen kunnen uitwaaieren op zoek naar andere clusters.
De onderzoekers hebben specifieke componenten van de aanpak getest, zoals de door AI ondersteunde branddetectie met behulp van thermische camera's. Ook testten ze een nauwkeurig mechanisme voor het laten vallen van de lading voor de inzet van brandblussers. Een volledige zoektocht en inperking door de zwerm moeten nog in de praktijk worden getest. In de toekomst willen de onderzoekers dergelijke drone-zwermen combineren met onbemande grondvoertuigen die grondstoffen kunnen vervoeren en als tankstations kunnen dienen.
Dergelijke dronezwermen kunnen ook nuttig zijn tijdens andere natuurrampen zoals overstromingen en aardbevingen. Ze kunnen overlevenden lokaliseren, water, voedsel en medicijnen leveren en de communicatie bevorderen.
Foto: Artificial Intelligence and Robotics Laboratory, Department of Aerospace Engineering, Indian Institute of Science (IISc)