Para Encontrar excursionistas
perdidos en los bosques puede ser un proceso difícil y prolongado, ya que los
helicópteros y los drones no pueden
vislumbrar a través del espeso dosel de los árboles. Recientemente, se ha
propuesto que los drones autónomos,
que pueden sacudirse y moverse a través de los árboles, podrían ayudar en estas
búsquedas.
En un documento que se
presentará en la conferencia Simposio Internacional sobre Robótica Experimental
la próxima semana, los investigadores del MIT describen un sistema autónomo
para una flota de Drones para buscar de forma colaborativa bajo densas
marquesinas forestales. Los drones solo utilizan computación a bordo y
comunicación inalámbrica, no se requiere GPS.
Cada drone cuadrotor autónomo está equipado con buscadores de alcance
láser para la estimación de la posición, la localización y la planificación de
la trayectoria. Cuando el drone vuela, crea un mapa tridimensional individual
del terreno. Los algoritmos lo ayudan a reconocer los puntos inexplorados y ya
buscados, para que sepa cuándo se ha mapeado completamente un área. Una
estación terrestre fuera de a bordo fusiona mapas individuales de varios drones
en un mapa 3D global que pueden ser monitoreados por rescatistas humanos.
En una implementación en el
mundo real, aunque no en el sistema actual, los drones vienen equipados con
detección de objetos para identificar a un excursionista perdido. Cuando se
encuentra, el avión no tripulado marcaría la ubicación del excursionista en el
mapa global. Los humanos podrían usar esta información para planificar una
misión de rescate.
"Esencialmente, estamos reemplazando a los humanos con una flota
de drones para que la búsqueda sea más eficiente en el proceso de búsqueda y
rescate",
Los investigadores probaron
varios drones en simulaciones de bosques generados aleatoriamente y probaron
dos drones en un área boscosa dentro del Centro de Investigación Langley de la
NASA. En ambos experimentos, cada avión no tripulado trazó un área de
aproximadamente 20 metros cuadrados en unos dos a cinco minutos y fusionó en
colaboración sus mapas en tiempo real. Los drones también tuvieron un buen
desempeño en varias métricas, incluida la velocidad y el tiempo en general para
completar la misión, la detección de características del bosque y la fusión
precisa de los mapas.
Exploración y cartografía.
En cada avión no tripulado,
los investigadores montaron un sistema LIDAR, que crea un escaneo 2-D de los
obstáculos circundantes disparando rayos láser y midiendo los pulsos
reflejados. Esto se puede utilizar para detectar árboles; Sin embargo, para los
drones, los árboles individuales parecen notablemente similares. Si un dron no
puede reconocer un árbol dado, no puede determinar si ya está explorando un
área.
Los investigadores programaron
sus drones para identificar las orientaciones de múltiples árboles, que es
mucho más distintivo. Con este método, cuando la señal LIDAR devuelve un grupo
de árboles, un algoritmo calcula los ángulos y las distancias entre los árboles
para identificar ese grupo. "Los drones pueden usar eso como una firmaúnica para saber si han visitado esta área antes o si se trata de una nuevaárea", dice Tian.
Esta técnica de detección de
características ayuda a la estación terrestre a fusionar con precisión los
mapas. Los drones generalmente exploran un área en bucles, produciendo
exploraciones a medida que avanzan. La estación terrestre monitorea
continuamente los escaneos. Cuando dos drones giran alrededor del mismo grupo
de árboles, la estación terrestre combina los mapas calculando la
transformación relativa entre los drones y luego fusiona los mapas individuales
para mantener orientaciones consistentes.
"Calcular la transformación relativa te dice cómo debes alinear
los dos mapas para que se corresponda exactamente con el aspecto del
bosque", dice Tian.
Búsqueda más eficiente
Una innovación clave es una
estrategia de búsqueda novedosa que permite a los drones explorar un área de
manera más eficiente. Según un enfoque más tradicional, un dron siempre
buscaría el área desconocida más cercana posible. Sin embargo, eso podría estar
en cualquier número de direcciones desde la posición actual del avión no
tripulado. El dron generalmente vuela una corta distancia, y luego se detiene
para seleccionar una nueva dirección.
"Eso no respeta la dinámica del movimiento del avión no
tripulado", dice Tian. "Tiene que detenerse y girar, lo que
significa que es muy ineficiente en términos de tiempo y energía, y realmente
no se puede aumentar la velocidad".
En cambio, los drones de los
investigadores exploran el área más cercana posible mientras consideran su
velocidad y dirección y mantienen una velocidad constante. Esta estrategia,
donde el dron tiende a viajar en un patrón en espiral, cubre un área de
búsqueda mucho más rápido. "En las misiones de búsqueda y rescate, el
tiempo es muy importante", dice Tian.
En el documento, los
investigadores compararon su nueva estrategia de búsqueda con un método
tradicional. En comparación con esa línea de base, la estrategia de los
investigadores ayudó a los drones a cubrir un área significativamente mayor,
varios minutos más rápido y con velocidades promedio más altas.
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