Non passa una settimana, a quanto pare, senza ulteriori notizie su come i droni renderanno la nostra vita molto più semplice o cosa potranno fare ora per intrattenerci. Più di recente, sono stati segnalati i dispositivi di volo che consegnano cibo ai golfisti in un corso nel Nord Dakota e che vengono utilizzati come ballerini di riserva negli spettacoli di Drake.
Ma lontano dai precedenti nove palchi e concerti, i veicoli volanti autonomi fanno affari seri, dall'aiutare a salvare vite umane durante gli uragani a dare una mano agli agricoltori anziani. E, se un progetto di ricerca della Rice University dovesse concretizzarsi, un giorno uno sciame di droni potrebbe lavorare insieme per rilevare i gas tossici nell'atmosfera e tracciare un perimetro sicuro.
Promossi da una recente sovvenzione da 1, 5 milioni di dollari della National Science Foundation, gli scienziati, in collaborazione con il Baylor College of Medicine and Technology For All, un'organizzazione no profit di Houston, si concentreranno sul dare ai droni l'intelligenza per annusare dove si è diffuso l'inquinamento pericoloso a seguito di esplosioni o perdite, in particolare dopo eventi meteorologici estremi.
In effetti, ha osservato Edward Knightly, l'ingegnere elettrico e informatico a capo della ricerca, quel tipo di disastro si è verificato non molto lontano dopo l'uragano Harvey l'anno scorso quando i primi soccorritori furono ammalati da una perdita di gas proveniente da un impianto chimico vicino a Houston.
"I primi soccorritori sono entrati per creare un perimetro di circa due chilometri e mezzo per avvertire i residenti del quartiere", afferma. “Ma quei primi soccorritori erano essi stessi ricoverati in ospedale. Il perimetro era troppo vicino alla fonte, ma non lo sapevano. Nessuno sapeva.
“E questo è un ottimo esempio di dove potremmo inviare droni da una distanza di sicurezza e loro possono capire dov'è un confine sicuro, l'effetto del vento, se ci sono state reazioni chimiche nell'aria. Trovare e stabilire i giusti limiti è una decisione complessa e pensiamo che i droni potrebbero essere di grande aiuto nel prendere quella decisione. "
Pensare in piccolo
Ma dare ai droni la possibilità di identificare i gas volatili in tempo reale comporta alcune grandi sfide. Per i principianti, i sensori efficaci possono essere ridimensionati fino a dimensioni e peso in grado di adattarsi a un drone? Il team sta lavorando con Frank Tittel, professore emerito di Rice e pioniere nell'uso dei laser per rilevare le firme delle molecole.
"Dobbiamo ridurre i sensori fino a un chilo e mezzo o meno", afferma Knightly. “Ha sviluppato modi per i laser di rilevare le concentrazioni di gas per un'ampia varietà di gas. Ma in genere, progetta sistemi da utilizzare a terra. Non ha mai avuto a che fare con la creazione di sensori con questo vincolo di massa o dimensioni ".
Gran parte dell'attenzione del progetto a questo punto è stata quella di affinare l'intelligenza della flotta di droni, nota come ASTRO. Mentre il focus futuro sarà sulle capacità di rilevamento del gas, l'apprendimento di ASTRO ha avuto una portata più ampia. L'obiettivo è stato quello di sviluppare un sistema in cui i droni possano lavorare insieme, senza intervento umano, per trovare oggetti.
Knightly spiega che il team ha addestrato la sua flotta di quattro droni per rintracciare un dispositivo wireless, incluso uno su un carrello da golf in movimento. E, è fatto "off-the-grid", senza un essere umano a terra che dirige le cose con un telecomando.
"Vogliamo che la rete di droni non solo sia in grado di volare tra di loro, ma anche se non è disponibile alcuna comunicazione aria-terra", afferma. "Se il tempo è estremo e l'infrastruttura è inattiva, vogliamo comunque essere in grado di inviare droni per raccogliere informazioni su un'area pericolosa."
Prima di iniziare a tracciare qualcosa, i droni usano la loro intelligenza artificiale per conoscere l'ambiente circostante. È ciò che Knightly definisce la "fase di ricerca e apprendimento". I droni iniziano le missioni prima di espandersi per ottenere letteralmente una distesa di terra, comunicando continuamente tra loro in modo che non si raggruppino in un'area.
"Prima che possano localizzare e tracciare un dispositivo wireless, ad esempio, è importante che imparino l'ambiente", afferma Knightly. “Ci sono molti alberi? Alti edifici? O sono ampi spazi aperti? L'obiettivo è imparare l'ambiente in modo che possano tracciare con precisione ".
Sciame e pista
Quindi passano alla fase due, che è giustamente chiamata "sciame e traccia". Ancora una volta, quando l'oggetto target è un dispositivo wireless, hanno identificato dove il suo segnale è il più forte, ed è lì che i droni si uniscono come uno sciame . Nel caso di un evento pericoloso, potrebbe essere dove la lettura del gas è la più forte.
"Determinano che questo è ciò che dovremmo misurare, quindi andiamo a raccogliere alcuni dati ad alta risoluzione", afferma Knightly.
"Naturalmente, tutti i gas hanno le loro firme spettrali", aggiunge. “Quando i droni si spengono, ci sarà un mix di gas diversi. Non sarà un chiaro segnale di uno solo. Quindi abbiamo bisogno dei droni per conoscere l'ambiente, confrontarlo con i modelli statistici di base che abbiamo sviluppato e quindi essere in grado di identificare le fonti di emissioni pericolose e i confini di dove si sono diffusi. "
Luca Mottola, professore associato presso il Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria del Politecnico di Milano, ritiene che questo sia un "esempio paradigmatico" di quando i droni possono essere più efficaci di qualsiasi altra tecnologia.
"La capacità di vagare senza vincoli, pur trasportando carichi utili di sensori, offre loro un set unico di abilità", afferma Mottola, uno dei maggiori esperti di reti di sensori wireless e drone. "La tecnologia attualmente disponibile per affrontare scenari simili si basa fortemente sull'intervento umano ed è quindi molto più lenta e soggetta a errori.
"Pertanto, l'impatto della distribuzione della tecnologia dei droni è quindi molte volte. Rispondere più rapidamente può fornire una migliore protezione delle risorse, limitare i danni alle strutture e migliorare l'impatto sulla vita umana."
I ricercatori di Rice sperano alla fine di testare i loro droni sensibili al gas in una posizione ideale nelle vicinanze: lo Houston Ship Channel, con le sue numerose raffinerie chimiche e impianti di lavorazione industriale. Man mano che il progetto procede, la flotta potrebbe espandersi fino a dieci droni.
Il team ha anche sviluppato un'app mobile con l'idea che potesse utilizzare i risultati del sensore drone per inviare avvisi in tempo reale sulla qualità dell'aria ai telefoni dei residenti.
"Vorremmo coinvolgere i medici per aiutare a stabilire soglie per una comunità", afferma Knightly. “Quando è una giornata tipo? E quando è un giorno per ripararsi sul posto? ”
