Vous voulez localiser les fuites de gaz ? Surveillance des mouches avec de minuscules drones
Une équipe internationale de chercheurs utilise des algorithmes bio-inspirés pour faire voler les robots et faire leur travail de manière autonome.
De nombreux robots ont été inventés pour rendre la vie des humains plus facile et, dans certaines situations, moins dangereuse. Pour ce dernier objectif, un groupe international de chercheurs a développé un essaim de minuscules drones volant de manière autonome qui détectent une fuite de gaz dangereuse à l’intérieur d’un bâtiment.
Des chercheurs de La TU Delft aux Pays-Bas, l’Université de Barcelone et l’Université Harvard ont collaboré sur l’essaim, qui fournit un moyen sûr de localiser la source de gaz sans avoir besoin d’être humain pour entrer dans le bâtiment avec des capteurs. L’essaim de drones accomplit sa tâche en utilisant une intelligence artificielle bio-inspirée qui peut s’intégrer dans l’espace compact requis pour les petits appareils volants.
La raison pour laquelle les appareils sont plus petits que les drones typiques est d’assurer la sécurité de toute autre personne qui pourrait se trouver dans le bâtiment ou dans la zone locale, a expliqué Guido de Croon, professeur titulaire au Micro Air Vehicle Laboratory de la TU Delft.
« La petite taille des drones les rend très sûrs pour les humains et les biens encore dans le bâtiment, tandis que leur capacité de vol leur permettra éventuellement de rechercher la source en trois dimensions », a-t-il déclaré dans un communiqué de presse.
Leur petite taille leur permet également de voler à travers des zones intérieures pouvant inclure des passages étroits, a déclaré de Croon. De plus, les faire voler en essaim leur permet de localiser plus rapidement une source de fuite de gaz avec plus de précision, a déclaré de Croon.
Pour leur travail, les chercheurs ont utilisé des drones CrazyFlie modifiés d’environ 5 pouces de diamètre et pesant environ 0,08 livre.
En règle générale, il n’est pas facile de contrôler un essaim de minuscules drones, il fonctionne donc parfaitement comme une seule unité. Pour développer la technologie de navigation nécessaire à la réalisation de sa tâche, l’équipe s’est inspirée de la nature, en particulier de la façon dont les mouches des fruits peuvent identifier un fruit pourri dans la cuisine de quelqu’un et l’entourer.
« Ils le font en combinant élégamment des comportements simples tels que voler contre le vent ou orthogonalement au vent selon qu’ils sentent ou non l’odeur », a expliqué Bart Duisterhof, qui a travaillé dans l’équipe de recherche en tant qu’étudiant diplômé à la TU Delft. « Bien que nous ne puissions pas copier directement ces comportements en raison de l’absence de capteurs de flux d’air sur nos robots, nous avons inculqué à nos robots des comportements tout aussi simples pour s’attaquer à la tâche. »
Les chercheurs ont développé un algorithme qu’ils ont appelé « Sniffy Bug » pour déterminer la capacité de l’essaim de drones à « renifler » une fuite de gaz et également à naviguer dans l’environnement. Si aucun gaz n’était détecté par l’un des drones, ils se répandraient autant que possible sur la zone, évitant les obstacles et les uns les autres.
Cependant, si l’un des drones détecte du gaz à ses emplacements, il alerte les autres, qui collaborent alors pour essayer de trouver la source dès que possible, ont déclaré les chercheurs. C’est à ce moment qu’un autre algorithme inspiré des oiseaux dicte le comportement de l’essaim, appelé « optimisation de l’essaim de particules (PSO), dans lequel chaque drone est une « particule ».
Plus précisément, les chercheurs ont modélisé le PSO sur des volées d’oiseaux et sur la façon dont ils se déplacent et se comportent socialement, a déclaré Duisterhof. L’algorithme commande à chaque drone de se déplacer en fonction de trois paramètres : où il pense que la concentration de gaz est la plus élevée, l’emplacement le plus élevé de l’essaim et l’inertie pour le mouvement dans sa direction actuelle.
Un bon début
L’équipe a publié un article en ligne sur ses recherches et le présentera à la conférence internationale EEE/RSJ sur les robots et systèmes intelligents 2021. Des vidéos des drones en action sont disponibles sur YouTube.
Les chercheurs ont déclaré que de nombreuses améliorations sont nécessaires pour optimiser la technologie, y compris des algorithmes qui peuvent diriger les drones pour se déplacer en trois dimensions pour localiser les sources de gaz en hauteur. Ils doivent également améliorer la navigation globale avant que les drones ne soient prêts à être déployés dans un scénario d’urgence réel.
Cependant, le travail est toujours un bon début et démontre les possibilités d’utiliser de minuscules essaims de drones pour effectuer des « tâches très complexes », a déclaré de Croon.
« Nous espérons que ce travail inspirera d’autres chercheurs en robotique à repenser le type d’IA nécessaire au vol autonome », a-t-il déclaré.
