Mga Drone na Mataas ang Bilis na Nagna-navigate sa mga Gubat nang Walang 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.

Paano Dinisenyo ang mga Drone na Mataas ang Bilis upang Gayahin ang Paglipad ng Ibon

Hindi maikakaila na ang teknolohiya ng drone ay nakaranas ng malalaking pag-unlad sa nakaraang ilang taon. Ang mga drone ngayon ay kayang lumipad nang mas malayo, magdala ng mas mabigat na karga, at sumuporta sa mas maraming sensor kumpara sa kanilang mga nauna. Bukod pa rito, mas mura na itong gawin at mas madaling makuha.
Sa kabila ng mga pag-unlad na ito, wala pang drone na kayang tumbasan ang kakayahan ng ibon sa pagtukoy ng mga landas ng paglipad nang real time habang isinasaalang-alang ang mga hindi inaasahang variable tulad ng mga sanga o ibang ibon. Ang mga drone ay maaaring lumipad ng malalayong distansya at lumapag sa eksaktong mga lokasyon. Gayunpaman, ang mga aparatong ito ay patuloy na umaasa sa mga paunang tinakdang landas ng paglipad o panlabas na input ng sensor tulad ng GPS upang mag-navigate patungo sa kanilang mga target.

Bakit Mahirap ang Autonomous na Mataas na Bilis na Nabigasyon

Hanggang ngayon, hindi pa natutuklasan ng mga mananaliksik kung paano makakamit ang autonomous, ligtas, at mataas na bilis na nabigasyon ng drone nang hindi umaasa sa panlabas na gabay o pre-mapped na ruta. Ang mga problema ay nagmumula sa ilang isyu, kabilang ang pangangailangang magdagdag ng mas maraming sensor upang mapahintulutan ang mga sasakyang ito na matukoy ang mas maraming hadlang.

Habang nagdadagdag ka ng mas maraming sensor, kinakailangan din ng karagdagang kapangyarihan sa pagproseso upang maproseso ang nadagdag na data ng sensory input. Kapag mas malakas ang kinakailangang computer at mga sensor, mas maraming bigat ang nadadagdag sa drone, na nagpapababa ng kakayahan nitong lumipad nang mabilis at manatiling matatag sa bilis.

Sa kabutihang palad, maaaring nalampasan na ng isang koponan ng mga mapanlikhang isip mula sa Department of Mechanical Engineering ng Faculty of Engineering sa University of Hong Kong (HKU) ang mga limitasyong ito.

Pangkalahatang-ideya ng Pag-aaral: Ligtas na Nabigasyon para sa mga Drone na Mataas ang Bilis

Ang siyentistang si Yunfan Ren at isang koponan ng mga inhinyero ay naglathala¹ ang Safety-assured high-speed navigation for MAVs sa Science Robotics kamakailan. Ang pag-aaral ay nagbigay-liwanag sa susunod na henerasyon ng autonomous flight technology na dinisenyo upang payagan ang mga drone at micro air vehicles (MAVs) na mag-navigate sa mga kumplikadong kapaligiran sa pinakamataas na bilis nang walang panlabas na sensory input.

Ano ang SUPER Drone? Mga Espesipikasyon at Tampok

Ang SUPER drone ay isang compact na MAV na nilikha upang ipakita ang bagong flight path system ng mga inhinyero. Ang aparato ay dinisenyo mula pa sa unang araw upang maging magaan at mabilis. Mayroon itong compact na anyo na may 280-millimeter na wheelbase at mga micro computer element na nagbibigay ng kahanga-hangang thrust-to-weight ratio na +5.0 at timbang ng paglipad na 1.5 kg. Ang mga salik na ito ay nagbibigay-daan sa SUPER na lumipad nang +20 metro kada segundo habang umiwas sa mga hadlang.

Pinagmulan – Unibersidad ng Hong Kong

Magaan na Pagkokompyut para sa Mataas na Bilis na Pagganap

Sa core ng SUPER ay isang miniatureng computer na maaaring mag-monitor at mag-kompyut ng sensory input. Ang magaan na board ay nagbibigay sa sasakyan ng mas mahabang oras ng paglipad habang pinapabuti ang kakayahan nito kumpara sa mga nauna. Bukod pa rito, ang flight computer ay maaaring sumuporta sa mga waypoint, GPS, at iba pang anyo ng panlabas na nabigasyon kapag kinakailangan.

Paano Ginagabayan ng LiDAR at mga Sensor ang Autonomous na Paglipad

Ang onboard sensor suite ang nagbibigay-daan sa sasakyan na mag-operate nang may ganitong mataas na pagganap at sa iba’t ibang kondisyon. Ang unit ay naglalaman ng magaan na 3D light detection and ranging (LIDAR) sensor na nagbibigay kakayahan nitong matukoy ang mga item na kasing nipis ng isang sanga mula sa +70 metro ang layo. Kapansin-pansin, ang LiDAR input ay direktang inilalagay bilang point clouds sa kahabaan ng ruta. Ang pamamaraang ito ay nagbibigay ng mas mabilis na input at oras ng tugon para sa flight path computer.

Real-Time na Pagpaplano at Pag-aayos ng Landas ng Paglipad

Gumamit ang mga inhinyero ng natatanging pamamaraan sa pagpaplano ng paglipad. Halimbawa, ang sistema ay patuloy na nag-scan at nag-a-update ng mga landas ng paglipad para sa sasakyan. Ang bagong flight path coordinator ay lumilikha ng dalawang magkaibang landas bilang mga opsyon para sa drone. Ang unang landas ay ang pinakamalinaw na ruta, habang ang ikalawang landas ay may mga hindi kilalang vector. Mula roon, ginagamit ng computer ang real-time na data input upang iayos ang mga pattern batay sa sitwasyon.

Pagsubok sa Mataas na Bilis na Nabigasyon ng Drone sa Tunay na Kapaligiran

Nagsagawa ang mga inhinyero ng ilang mga pagsubok upang matiyak na ang kanilang mga mataas na bilis na drone ay gagana ayon sa inaasahan. Nagsagawa sila ng maraming flight test kung saan ang sasakyan ay kailangang mag-navigate sa kumplikadong teritoryo. Bukod pa rito, gumamit ang mga inhinyero ng iba’t ibang kondisyon ng ilaw, kabilang ang ganap na kadiliman, upang makita kung paano naapektuhan ang pagganap ng sensor.
Kagiliw-liw, pumili ang koponan ng ilang lokasyon para sa yugto ng pagsubok. Ang mga testing site ay mula sa loob ng mga opisina hanggang sa labas sa masisiksik na kagubatan. Sa isang pagsubok, ipinadala ang aparato upang magpalipad sa isang kagubatan sa gabi. Upang magawa ito, kailangang i-scan, irehistro, at i-navigate ng aparato ang mga hadlang sa real time habang naglalakbay nang mabilis.

Pangunahing Resulta mula sa mga Pagsubok ng Mataas na Bilis na Drone

Ang mataas na bilis na drone ay nakamit ang autonomous na mga paglipad sa ilang mga senaryo. Nakaya nitong maabot ang bilis na +20 metro kada segundo habang sabay na nagna-navigate sa masalimuot na kapaligiran. Bagaman hindi perpekto, naitala ng sistema ang 35 na beses na pagbawas sa rate ng pagkabigo ng paglipad gamit ang bagong pamamaraan. Bukod pa rito, ang pag-set up ng landas ng paglipad ay kinuha lamang ng kalahati ng oras, at ang aparato ay lumipad nang mas mabilis kaysa sa tradisyunal na mga drone sa parehong mga senaryo ng pagsubok.

Mga Benepisyo ng Advanced na Teknolohiya ng Mataas na Bilis na Drone

Maraming benepisyo ang mga mataas na bilis na drone na maaaring mag-navigate nang autonomous sa masisiksik na himpapawid. Una, maaari silang magamit sa mga aplikasyon kung saan ang liksi at ligtas na nabigasyon ay kritikal sa tagumpay ng misyon. Ang mga aparatong ito ay maaaring gumawa ng split-second na mga desisyon na nagbibigay-daan sa kanila na matukoy ang pinakamainam na paraan upang iwasan ang papalapit na bagay at manatiling nasa tamang kurso.

Pagpapasimple ng Programming ng Drone gamit ang Onboard Intelligence

Ang pagtukoy ng ligtas na landas ng paglipad para sa mga drone ay palaging naging isyu. Habang dumarami ang trapiko sa himpapawid at nagiging mas kumplikado ang mga ruta ng drone, ang paglikha ng mga landas ng paglipad ay mangangailangan ng mas maraming pagsisikap. Ang mga autonomous system na ipinakilala sa pag-aaral ay maaaring makatulong na paikliin ang mga oras na ito dahil ang sasakyan ay magiging kakayahang gumawa ng mga pagbabago sa landas ng paglipad kapag kinakailangan sa real time.

Mga Praktikal na Aplikasyon at Timeline para sa mga Mataas na Bilis na Drone

May mahabang listahan ng mga aplikasyon para sa mga agile na autonomous MAVs (Miniature Aerial Vehicles). Ang mga aparatong ito ay magbubukas ng pinto para sa isang bagong antas ng kaginhawahan at tugon. Mula sa mga pang-emergency na koponan na gumagamit ng mga aparatong ito upang hanapin ang mga nasalba hanggang sa mga e-commerce site na nagde-deliver ng iyong mga pakete, maraming gamit ang mga high-tech na aparatong ito.
Ang teknolohiyang ito ng mataas na bilis na drone ay maaaring magamit sa loob ng susunod na taon o mas maaga pa. Ilang bansa ang nagsusulong na maging mga pandaigdigang manlalaro sa merkado ng drone. Ang teknolohiyang ito ay tiyak na tatanggapin nang bukas ang mga kamay habang ang mga inhinyero ay naglalayong gawing mas matalino at mas may kamalayan ang mga drone. Dapat mong asahan ang integrasyon sa militar sa loob ng susunod na 2 taon, at ang komersyal na alokasyon ay aabot sa merkado sa susunod na 5 taon.

Autonomous na mga Drone sa mga Misyon ng Paghahanap at Pagliligtas

Isa sa mga pangunahing gamit ng mga autonomous na sasakyang ito ay ang pagtulong sa mga misyon ng paghahanap at pagliligtas. Ang mga aparatong ito ay makakayang mag-explore nang autonomous sa mga guho matapos ang isang sakuna at matukoy ang mga nakaligtas na tao. Maaari silang humiling ng mga suplay at iba pang kinakailangang tulong, na maaari ring maihatid sa pamamagitan ng drone sa lokasyon ng nakaligtas hanggang dumating ang tulong ng tao. Sa kalaunan, maaaring lumawak ang konsepto sa mga drone na kayang magdala ng mga nakaligtas nang direkta patungo sa kaligtasan.

Paano Maaaring Baguhin ng mga Mataas na Bilis na Drone ang Drone Delivery

Ang mga kumpanya tulad ng Amazon ay matagal nang nagbubukas ng ideya ng drone delivery. Gayunpaman, napatunayan na ang konsepto ay mas mahirap kaysa sa inaasahan. Ang pinakabagong pag-unlad na ito ay dapat makatulong itulak ang teknolohiyang ito pasulong dahil ang mga aparato ay makakayang i-adjust ang kanilang landas ng paglipad upang mapabuti ang pagganap. Bilang resulta, ang next-day delivery ay maaaring maging karaniwan.

Paggamit ng Autonomous na mga Drone para sa Pagsubaybay sa Imprastruktura

Ang pagpapanatiling maayos ng mga tulay, kalsada, at iba pang mahahalagang imprastruktura ay isang napakalaking gawain na nangangailangan ng patuloy na pangangasiwa. Ang paggamit ng autonomous na mga drone ay maaaring makatulong na bawasan ang pangangailangan sa manpower, habang pinapabuti ang kakayahan ng mga responsable sa pagsubaybay sa mga mahahalagang ito. Sa hinaharap, mag-scan ang mga drone ng mga pangunahing imprastruktura at magbibigay-alam sa mga inspeksyon tungkol sa mga posibleng panganib bago pa ito maging problema.

Pagsubaybay sa Kapaligiran gamit ang Autonomous na mga Drone

Isa pang larangan kung saan maaaring magdala ng malaking pagbabago ang autonomous na mga drone ay sa pagsubaybay sa kapaligiran. Ang mga sistemang ito ay maaaring i-setup upang awtomatikong magpatakbo ng mga ruta at irehistro ang anumang pagbabago sa kapaligiran. Ang pamamaraang ito ay nagbibigay ng bagong antas ng kamalayan sa mga environmentalist at maaari ring makatulong sa mga siyentipiko na subaybayan ang kalusugan ng planeta.

Drone Swarms para sa Eksplorasyon at Pagkolekta ng Data

Maraming naniniwala na ang autonomous na drone swarms ay isa sa mga pinakamahusay na paraan upang tuklasin at i-map ang mga bagong lugar. Ang pamamaraang ito ay nag-aalis ng panganib sa mga explorer at nagbibigay ng real-time na data para sa mga mananaliksik na suriin at tukuyin ang susunod na pinakamainam na hakbang. Sa kasalukuyan, napatunayan na ang mga autonomous na drone ay mahalaga sa industriya ng pagma-map, kung saan ginagamit ito upang subaybayan ang mga mahirap maabot na lokasyon tulad ng sahig ng karagatan.

Mga Mananaliksik ng High Speed Drones

Si Yunfan Ren ang pangunahing may-akda ng papel tungkol sa mataas na bilis na drone. Nakatanggap siya ng suporta mula kay Propesor Fu Zhang at isang koponan ng mga mananaliksik mula sa Department of Mechanical Engineering ng Faculty of Engineering sa University of Hong Kong (HKU).

Mga Layunin sa Hinaharap na Pag-unlad para sa mga Mataas na Bilis na Drone

Nagsimula na ang kompetisyon upang mapabuti ang range, bilis, at processing power ng SUPER. Ngayon, sisikapin ng koponan na itulak ang mga hangganan ng SUPER upang makita kung paano gawing mas magaan, mas mabilis, may mas mahabang oras ng paglipad, at kayang magdala ng mas mabigat na payload. Bukod pa rito, hinahangad ng mga inhinyero na mas i-miniaturize pa ang MAV, na magpapahintulot na magamit ito sa mas maraming senaryo.

Pamumuhunan sa Sektor ng Drone

Ang merkado ng drone ay isang mabilis na lumalagong sektor na may kompetisyon mula sa buong mundo. Kapansin-pansin, ang DJI ng China ay may pinakamalaking bahagi ng merkado ng drone. Gayunpaman, maraming kumpanya ang may potensyal na baguhin ang industriya sa pamamagitan ng kanilang mga bagong produkto at modelo ng negosyo. Narito ang isang kumpanya na nakaposisyon para sa tagumpay.

EHang 

Ang Ehang (EH ) ay pumasok sa industriya ng drone noong 2014 upang gawing realidad ang mga drone na kayang magdala ng pasahero. Ang kumpanya ay nananatiling mahalaga sa pagdadala ng mga drone mula sa mga kasangkapan patungo sa isang anyo ng maaasahang transportasyon. Dahil dito, nakamit nito ang ilang mga tagumpay, kabilang ang paglulunsad ng kauna-unahang Autonomous Aerial Vehicle (AAV) na kayang magdala ng tao sa buong mundo.

Noong 2018, ang Ehang ay pumirma ng ilang high-end na partnership at development deals. Kapansin-pansin, isa sa mga kasunduang ito ay ang pakikipagtulungan sa lungsod ng Lyon, France, sa isang air taxi protocol. Ang isa pang partnership, kasama ang Austrian aerospace group na FACC, ay naglalayong mapabuti ang kakayahan at kaligtasan ng mga passenger drone.