Höghastighetsdrönare navigerar i skogar utan GPS

Researchers from the HKU Mechatronics and Robotic Systems Lab (MaRS LAB) have introduced a navigation system that enables high-speed drones to detect centimeter-thick items while in rapid flight. The system combines advanced sensors, lightweight drone components, and a new flight path framework to dodge obstacles in real-time while speeding through congested areas. Here’s what you need to know.

Hur höghastighetsdrönare är konstruerade för att efterlikna fågelflyg

Det går inte att förneka att drönartekniken har gjort betydande förbättringar under de senaste åren. Dagens drönare kan resa längre, bära mer vikt och stödja fler sensorer än sina föregångare. Dessutom är de mycket billigare att producera och mer lättillgängliga.
Trots dessa framsteg finns det ännu ingen drönare som kan matcha en fågels förmåga att bestämma flygrutter i realtid samtidigt som den tar hänsyn till oväntade variabler som grenar eller andra fåglar. Drönare kan färdas långa avstånd och landa på precisa platser. Dessa enheter förlitar sig dock fortfarande på förutbestämda flygrutter eller extern sensorinformation som GPS för att navigera till sina mål.

Varför autonom höghastighetsnavigering har varit en utmaning

Hittills har forskare inte kunnat lista ut hur man uppnår autonom, säker och höghastighetsdrönarnavigering utan att förlita sig på extern vägledning eller förutbestämda rutter. Problemen härrör från flera faktorer, inklusive behovet av att lägga till fler sensorer för att möjliggöra att dessa farkoster kan upptäcka fler hinder.

När du inför fler sensorer krävs ytterligare beräkningskraft för att bearbeta den ökade sensorinformationen. Ju kraftfullare dator och sensorer som behövs, desto mer vikt läggs till drönaren, vilket minskar dess förmåga att flyga snabbt och förbli stabil i hög hastighet.

Tack och lov kan dessa begränsningar ha övervunnits av ett team av geniala sinnen från Institutionen för maskinteknik vid Fakulteten för teknik på Hong Kong University (HKU).

Studieöversikt: Säkerhetsgaranterad navigering för höghastighetsdrönare

Forskaren Yunfan Ren och ett team av ingenjörer publicerade¹ Säkerhetsgaranterad höghastighetsnavigering för MAVs i Science Robotics nyligen. Studien kastar ljus på en nästa generations autonom flygteknik som är avsedd att möjliggöra för drönare och mikroluftfarkoster (MAVs) att navigera i komplexa miljöer med högsta hastighet utan extern sensorinformation.

Vad är SUPER-drönaren? Specifikationer och funktioner

SUPER-drönaren är en kompakt MAV som är speciellt byggd för att demonstrera ingenjörens nya flygvägssystem. Enheten designades från dag ett för att vara lätt och smidig. Den har en kompakt formfaktor med ett hjulavstånd på 280 millimeter och mikrodatorkomponenter som ger den ett imponerande dragkraft-till-vikt-förhållande på +5,0 och en startvikt på 1,5 kg. Dessa faktorer gör det möjligt för SUPER att färdas med +20 meter per sekund samtidigt som den undviker hinder.

Lättviktig databehandling för höghastighetsprestation

I kärnan av SUPER finns en minidator som kan övervaka och beräkna sensorinput. Den lätta kretsen ger farkosten längre flygtid samtidigt som den förbättrar dess kapacitet jämfört med sina föregångare. Dessutom kan flygdatorkortet stödja waypoints, GPS och andra former av extern navigering vid behov.

Hur LiDAR och sensorer styr autonom flygning

Den ombordmonterade sensorsviten är det som möjliggör att farkosten kan fungera med så hög prestanda och under olika förhållanden. Enheten innehåller en lättviktig 3D Light Detection and Ranging (LIDAR)-sensor som gör det möjligt att identifiera föremål så tunna som en kvist på +70 meters avstånd. Noterbart är att LIDAR‑informationen matas in direkt som punktmoln längs rutten. Detta tillvägagångssätt ger mycket snabbare indata och svarstider för flygvägskalkylatorn.

Planering och justering av flygväg i realtid

Ingenjörerna använde ett unikt tillvägagångssätt för flygplanering. Till exempel skannar systemet kontinuerligt och uppdaterar flygvägar för farkosten. Den nya flygvägskoordinatorn skapar två olika vägar som alternativ för drönaren. Den första vägen är den tydligaste rutten, medan den andra vägen har okända vektorer. Därefter använder datorn realtidsdata för att justera mönstren baserat på situationen.

Testning av höghastighetsdrönarnavigering i verkliga miljöer

Ingenjörerna genomförde flera tester för att säkerställa att deras höghastighetsdrönare skulle fungera som förutsagt. De utförde flera flygtester där farkosten var tvungen att navigera i komplex terräng. Dessutom använde ingenjörerna olika ljusförhållanden, inklusive totalt mörker, för att se hur sensorns prestanda påverkades.
Intressant nog valde teamet flera platser för testfasen. Testplatserna varierade från kontorsutrymmen inomhus till tät skog utomhus. I ett test skickades enheten för att susa genom en skog på natten. För att utföra detta uppdrag var enheten tvungen att skanna, registrera och navigera hinder i realtid samtidigt som den färdades med hög hastighet.

Viktiga resultat från höghastighetsdrönartester

Den höghastighetsdrönare uppnådde autonoma flygningar i flera scenarier. Den kunde nå hastigheter på +20 meter per sekund samtidigt som den navigerade i komplexa miljöer. Även om den inte var perfekt, registrerade systemet en 35‑faldig minskning av flygfel med den nya metoden. Dessutom tog det hälften så lång tid att skapa flygvägen, och enheten flög snabbare än traditionella drönare i samma testscenarier.

Fördelar med avancerad höghastighetsdrönarteknik

Det finns många fördelar med höghastighetsdrönare som kan navigera autonomt genom tät luftrum. För det första kan de användas i tillämpningar där smidighet och säker navigering är avgörande för uppdragets framgång. Dessa enheter kan fatta beslut på bråkdelen av en sekund som gör att de kan bestämma det bästa sättet att undvika ett närmande föremål och hålla kursen.

Förenkling av drönarprogrammering med ombordintelligens

Att bestämma en säker flygväg för drönare har alltid varit ett problem. När mer lufttrafik uppstår och drönarrutter blir mer komplicerade kommer skapandet av flygvägar att kräva ännu mer ansträngning. De autonoma systemen som introducerades i studien kan hjälpa till att minska dessa tider eftersom farkosten skulle kunna göra ändringar i flygvägen vid behov i realtid.

Verkliga tillämpningar och tidslinje för höghastighetsdrönare

Det finns en lång lista med tillämpningar för smidiga autonoma MAVs (Miniatyrluftfarkoster). Dessa enheter kommer att öppna dörren till en ny nivå av bekvämlighet och respons. Från räddningsteam som använder dessa enheter för att hitta överlevande till e-handelsplatser som levererar dina paket, finns det många användningsområden för dessa högteknologiska enheter.
Denna höghastighetsdrönarteknik kan komma i bruk inom det kommande året eller ännu tidigare. Flera länder strävar efter att bli globala aktörer på drönarmarknaden. Denna teknik kommer säkert att tas emot med öppna armar när ingenjörer försöker göra drönare smartare och mer medvetna. Du kan förvänta dig militär integration inom de kommande 2 åren, med kommersiella tillämpningar som når marknaden inom de kommande 5 åren.

Autonoma drönare i sök- och räddningsuppdrag

En av de viktigaste användningarna för dessa autonoma farkoster kommer att vara att assistera i sök- och räddningsuppdrag. Dessa enheter kommer att kunna utforska vrakdelar autonomt efter en katastrof och lokalisera mänskliga överlevande. De kan begära förnödenheter och annan nödvändig hjälp, som också kan levereras via drönare till överlevarens plats tills mänsklig hjälp anländer. Så småningom kan konceptet skalas upp till drönare som kan transportera överlevande till säkerhet direkt.

Hur höghastighetsdrönare kan revolutionera drönarleveranser

Företag som Amazon (AMZN ) har skymtat drönarleveranser i åratal. Konceptet har dock visat sig vara mycket svårare än tidigare trott. Denna senaste utveckling bör hjälpa till att driva tekniken framåt eftersom enheterna kommer att kunna justera sin flygväg för att optimera prestanda. Följaktligen kan leverans nästa dag bli normen.

Användning av autonoma drönare för infrastrukturövervakning

Att hålla broar, vägar och annan viktig infrastruktur i gott skick är en enorm uppgift som kräver ständig övervakning. Användning av autonoma drönare kan hjälpa till att minska den nödvändiga arbetskraften, samtidigt som den förbättrar kapaciteten hos dem som ansvarar för att övervaka dessa viktiga objekt. I framtiden kommer drönare att skanna nyckelinfrastruktur och meddela inspektörer om potentiella faror innan de blir ett problem.

Övervakning av miljön med autonoma drönare

Ett annat område där autonoma drönare kan göra stor skillnad är miljöövervakning. Dessa system kan konfigureras för att automatiskt köra rutter och registrera eventuella förändringar i miljön. Detta tillvägagångssätt ger en ny nivå av medvetenhet för miljöaktivister och kan även hjälpa forskare att hålla koll på planetens hälsa.

Drönarsvärmar för utforskning och datainsamling

Det finns många som ser autonoma drönarsvärmar som ett av de bästa sätten att upptäcka och kartlägga nya områden. Detta tillvägagångssätt eliminerar riskerna för utforskare och ger realtidsdata för forskare att granska och bestämma nästa bästa handlingsplan. Redan har autonoma drönare visat sig vara avgörande inom kartläggningsindustrin, där de används för att spåra svåråtkomliga platser som havsbotten.

Forskare inom höghastighetsdrönare

Yunfan Ren var huvudförfattare till forskningspapperet om höghastighetsdrönare. Han fick stöd av professor Fu Zhang och ett team av forskare från Institutionen för maskinteknik vid Fakulteten för teknik på University of Hong Kong (HKU).

Framtida utvecklingsmål för höghastighetsdrönare

Tävlingen är igång för att förbättra SUPER:s räckvidd, hastighet och beräkningskraft. Teamet kommer nu att försöka tänja på SUPER:s gränser för att se hur man kan göra farkosten lättare, smidigare, med längre flygtid och kapabel att bära tyngre nyttolaster. Dessutom strävar ingenjörerna efter att ytterligare miniaturisera MAV:n, så att den kan användas i fler scenarier.

Investera i drönarsektorn

Drönarmarknaden är en snabbt växande sektor med konkurrens från hela världen. Noterbart har Kinas DJI den största andelen av drönarmarknaden. Många företag har dock potentialen att förändra branschen med sina nya produkter och affärsmodeller. Här är ett företag som är positionerat för framgång.

EHang 

Ehang (EH ) gick in i drönarindustrin 2014 för att göra passagerardrönare till verklighet. Företaget är fortsatt avgörande för att förvandla drönare från verktyg till en pålitlig transportform. I detta syfte har det uppnått flera prestationer, inklusive lanseringen av världens första personbärande autonoma luftfarkost (AAV).

År 2018 skrev Ehang flera högprofilerade partnerskap och utvecklingsavtal. Noterbart inkluderade ett av dessa avtal samarbete med staden Lyon i Frankrike om ett lufttaxi‑protokoll. Ett annat partnerskap, med den österrikiska rymdföretagsgruppen FACC, syftade till att förbättra passagerardrönarnas kapacitet och säkerhet.

Ehang förblir en ledare på drönarmarknaden tack vare sin unika affärsmodell och miljövänliga strategi för autonom flygning. Företaget investerar kontinuerligt i ny och framväxande teknik och arbetar för närvarande direkt med att förbättra solid‑state‑batteriteknik. Alla dessa faktorer gör Ehang till en stark konkurrent på den konkurrensutsatta drönarmarknaden.

Senaste nyheter och utveckling för Ehang (EH)-aktien

Varför höghastighetsdrönare för svärmteknik närmare verkligheten

Höghastighetsdrönare kan visa sig vara en spelväxlare på alla områden. Förstapersonsdrönare har redan visat att en liten, känslig drönare som bär explosiver kan slå ut mål värda flera miljoner dollar. Nu kommer dessa enheter att ha förmågan att navigera i komplexa miljöer för att uppnå sina mål med minimal planering. Förhoppningsvis blir deras mål att leverera din nya luftfritös och inte bomber.
Läs om andra spännande projekt här.

Studier som refereras:

^{1. Yunfan Ren et al., Säkerhetsgaranterad höghastighetsnavigering för MAVs.Sci. Robot.10,eado6187(2025).DOI:10.1126/scirobotics.ado6187}