Je hebt hoogstwaarschijnlijk dronezwermen in actie gezien omdat ze zijn gebruikt bij verschillende evenementen zoals de Olympische Spelen, de Super Bowl, enzovoort. Bij al deze evenementen zorgden dronezwermen voor kleurrijk entertainment dat de menigte betoverde. Als je nieuwsgierig bent naar dronezwermen en wilt weten hoe ze werken, dan ben je hier aan het juiste adres.
Dronezwermen worden geproduceerd door complexe algoritmen en door ingebouwde camera's en naderingssensoren op individuele drones. Het is nog steeds een werk in uitvoering, maar je kunt ergens in de niet al te verre toekomst drones verwachten die als een zwerm uit de doos werken.
Dronezwermen worden over de hele wereld gebruikt voor entertainment. Misschien herinner je je de honderden drones die in 2016 over de nachtelijke hemel in Disney World werden gevlogen en die werden gechoreografeerd op muziek die werd gezongen tijdens een show genaamd "Starbright Holidays". In 2017 waren dronezwermen te zien als onderdeel van Lady Gaga's live optreden in de Super Bowl.
De Chinezen, die niet achterblijven, gebruikten nog niet zo lang geleden een dronezwerm om hun nieuwjaar te vieren. En Warner Bros gebruikte onlangs dronezwermen om hun film "Wonder Woman" te promoten. Er zijn zelfs droneshows gemaakt om de inspanningen van gezondheidswerkers tijdens het heetst van de covid-19-pandemie toe te juichen.
In dit artikel ga ik bespreken hoe dronezwermen worden geproduceerd en hopelijk krijg je meer waardering voor de inzet van dronezwermen bij al deze evenementen.
Hoe werken dronezwermen?
Het concept van dronezwermen is geïnspireerd op het kijken naar natuurlijke zwermen insecten zoals bijen. Onderzoekers en ingenieurs hebben de toekomst voor ogen van het repliceren van zwermgedrag in de robotwereld en ze zien geen limiet aan wat hiermee kan worden bereikt. Maar zie je, het repliceren van zwermgedrag in robotica, en dus ook drones, is erg moeilijk. Ten eerste is er veel rekenkracht nodig. Zelfs de rekenkracht die nodig is om een tiental drones een eenvoudige, autonoom gesynchroniseerde vlucht te laten uitvoeren, is enorm. Denk nu eens aan de rekenkracht die nodig is voor honderden of duizenden drones. Het is veel, toch?
Dankzij technologische vooruitgang is het mogelijk om honderden drones autonoom te laten vliegen. Anders hadden de droneshows waar we het aan het begin van dit artikel over hadden onmogelijk kunnen plaatsvinden. Die droneshows zouden enkele jaren geleden onmogelijk zijn geweest, maar de snelle technologische vooruitgang heeft het allemaal mogelijk gemaakt.
Dus dronezwermen worden mogelijk gemaakt, vooral dankzij de integratie vancamera's aan boord en nabijheidssensoren op de drones. De naderingssensoren zijn vooral belangrijk voor de drones om de aanwezigheid van elkaar te detecteren en botsingen te voorkomen. Stel je voor dat de drone-zwermen bij de Super Bowl of de Olympische Spelen met elkaar in botsing komen en zelfs uit de lucht vallen. De kop zou zoiets zijn als "Epic fail as drone swarms go wrong!", haha. Maar gelukkig stellen nabijheidssensoren de drones in staat om tijdens de vlucht op veilige afstand van elkaar te blijven.
Hoe communiceren dronezwermen?
Hoewel camera's aan boord en naderingssensoren de sleutel zijn tot het produceren van dronezwermen, is een andere belangrijke doorbraak in de richting van het zelfstandig uitvoeren van verschillende acties door drones de decentralisatie van commando's. Aanvankelijke dronezwermen hadden vroeger een drone in de zwerm als een soort "leidende drone" die informatie/commando's aan alle andere drones in de zwerm verstrekt. Dergelijke opdrachten omvatten de hele gebiedskaart of obstakels die de zwerm moet vermijden.
Er is echter een groot probleem met dit gecentraliseerde controlesysteem. Dit komt omdat er veel informatie wordt doorgegeven van de leidende drone naar de andere drone in de zwerm en vertragingen treden meestal op als gevolg van bandbreedtelimieten. Als de lead-bot beschadigd raakt of een technisch probleem ondervindt, wordt de hele zwerm ook beïnvloed, omdat ze voor informatie afhankelijk zijn van de lead-drone.
Het concept van decentralisatie van commando's is om de problemen van het gecentraliseerde systeem te vermijden en de drones zich als een echte zwerm te laten gedragen. In het decentralisatiesysteem communiceert/deelt elke individuele drone gegevens met zijn buur, dit zijn drones in zijn directe omgeving.
Het voordeel is dat gegevens over de hele lengte van de zwerm worden doorgegeven en dit leidt tot een meer dynamische werking. Vergelijk dit met jezelf door een menigte bewegen. Je gaat je niet concentreren op elke persoon in de menigte, maar focus je in plaats daarvan op de mensen die het dichtst bij je staan, zodat je kunt voorkomen dat je tegen ze aanbotst.
Je zult ook niet noodzakelijk iedereen op je pad of om je heen zien, maar als ze je naderen, vertelt je "nabijheidssensor", in dit geval je ogen, je wanneer je moet bewegen of draaien, zodat je niet in botsing komt met andere mensen . Een decentraal systeem van drones werkt op deze manier.
Een andere manier om te kijken naar hoe gedecentraliseerde besturing van drones werkt, is door ze te vergelijken met bijvoorbeeld 15 eersteklassers die verteld zijn een cirkel te maken door op armlengte afstand van elkaar te staan. Je kunt verwachten dat de eersteklassers gewoon intuïtief de cirkel vormen zonder echt te weten waar elke persoon zal zijn en dat elke individuele persoon zal communiceren met de persoon die het dichtst bij hen staat.
Het kennen van de beoogde vorm en communiceren met buren is voldoende om deze vorm te vormen en als er iemand wordt toegevoegd of afgetrokken, zal de cirkel zich aanpassen zonder dat de kinderen de exacte afmetingen hoeven te vertellen die ze moeten compenseren.
Dit is natuurlijk een eenvoudige manier om te kijken hoe drones communiceren. In werkelijkheid is het een zeer complex proces waarbij de processors van de boordcomputers van de drones als hun brein fungeren en honderden berekeningen per seconde uitvoeren. Beperkingen in de verwerkingskracht zijn nog steeds een van de grootste hindernissen die moeten worden genomen, vooral als we kijken naar het aantal drones dat veilig kan worden gevlogen. Maar je kunt verwachten dat dit in de nabije toekomst zal worden opgelost, aangezien er elk jaar exponentiële technologische vooruitgang lijkt te zijn.
Intels zwermende drones
Intel heeft de afgelopen jaren furore gemaakt vanwege hun bijdrage aan dronezwermen. Hun inspanningen op het gebied van drone-zwerm zijn zo belangrijk dat we het graag willen hebben over hun zwermende drones. Intel heeft in samenwerking met Ars Electronica Futurelab een getalenteerd team van ingenieurs samengesteld in 2015.
Het team heeft een belangrijke prestatie geleverd door een zwerm van 100 drones te produceren die autonoom over een vliegveld in Duitsland konden vliegen. De droneshow werd nog interessanter door de toevoeging van een passende soundtrack door een orkest. Het autonoom vliegen met 100 drones leidde ertoe dat het team het Guinness World Record brak.
Het team van Intel en Ars Electronica Futurelab voerde hun magie opnieuw uit door nog eens 100 drones over de woestijn in Palm Springs, Californië te vliegen. Het doel van het team hier was om de veiligheid van hun dronezwermen aan de FAA te bewijzen. Het zou later in de haven van Sydney, Australië zijn dat de eerste openbare vertoning van zwermdrones zou plaatsvinden. Wat is een droneshow zonder wat muziek? Het Sydney Youth Orchestra zorgde voor wat muziek op de achtergrond terwijl de droneshow aan de gang was.
Als je denkt dat het automatisch vliegen van 100 drones een prestatie was, brak het gecombineerde team van Intel en Ars Electronica Futurelab hun eigen record toen ze 500 drones vlogen minder dan een jaar nadat ze 100 hadden gevlogen. Het verschil in de inspanningen die nodig zijn om 100 en 500 drones te vliegen is aanzienlijk , en dat het team dit minder dan een jaar na het vliegen van 100 heeft bereikt, is een groot probleem.
Verbeterde hardware en algoritmen waren de sleutel tot het verhogen van het aantal drones tot 500. Elke drone in de zwerm bestaat uit een quadcopter die Intel een "vallende ster" noemde. Elke vallende ster is gemaakt van zachte materialen en is weerbestendig. Intel gebruikte ook propellers in kooien om de veiligheid in openbare displays te waarborgen.
Hoe maak ik een dronezwerm?
Tenzij je een ingenieur of een onderzoeker in robotica en andere aanverwante gebieden bent, is het buiten het bereik van een alledaagse Joe om je eigen drone te laten zwermen. Het proces van het maken van dronezwermen is complex en is verre van geperfectioneerd na jaren van onderzoek en testen.
Er worden echter jaarlijks aanzienlijke verbeteringen aangebracht aan dronezwermen en je kunt in de toekomst drones verwachten die als een zwerm uit de doos werken.
Mogelijkheden voor dronezwermen
De mogelijkheden van dronezwermen zijn praktisch eindeloos. Hieronder staan gebieden waar dronezwermen kunnen worden toegepast.
Diversiteit
In de toekomst kun je een dronezwerm verwachten die bestaat uit verschillende soorten en maten drones. Er is de mogelijkheid van meer efficiëntie en effectiviteit als de leden van de drones verschillende soorten drones hebben met verschillende mogelijkheden.
De dronezwermen die vandaag beschikbaar zijn, zijn gemaakt van kleine en identieke drones. Er is echter succes geboekt bij het creëren van dronezwermen met verschillende soorten drones. En daarom mag je in de toekomst meer complexe multi-domein drones verwachten.
Aanpassing
Het belangrijkste voordeel van het hebben van aanpasbare dronezwermen is flexibiliteit. Stel je voor hoe handig het zou zijn voor commandanten om eenvoudig drones toe te voegen of te verwijderen als ze dat willen. Om nieuwe drones aan een bestaande zwerm toe te voegen, zal er natuurlijk behoefte zijn aan communicatie tussen drones, aangezien de zwerm moet kunnen communiceren met de nieuwe drone. Ook zou de bestaande dronezwerm het vermogen moeten hebben om zich aan te passen aan het verwijderen en toevoegen van drones.
Aanpassing zou commandanten, en bijgevolg dronezwermen, in staat stellen zich aan te passen aan de behoeften van de zwerm. Er wordt nog steeds onderzoek gedaan naar het aanpassen van drones, maar de tot nu toe verkregen gegevens laten zien dat dit concept mogelijk nog mogelijk is.
Verharding
Uiteindelijk zou het nodig zijn om drones te produceren die bestand zijn tegen vastlopen. Omdat dronezwermen afhankelijk zijn van communicatie met elkaar om te kunnen functioneren, zou een manier om een dronezwerm tegen te gaan een belemmering vormen die ervoor zou zorgen dat de zwerm niet zou kunnen functioneren.
Naarmate er vooruitgang in dronezwermen ontstaat, zou het nodig zijn om zwermen te verharden tegen verschillende soorten interferentie.
Afbeeldingsbron:Intel