BerandaComputers and TechnologySistem multi-drone mensurvei koloni penguin secara otonom

Sistem multi-drone mensurvei koloni penguin secara otonom

Peneliti Universitas Stanford Mac Schwager memasuki dunia penguin menghitung melalui pertemuan kebetulan di pernikahan saudara iparnya pada bulan Juni 2016. Di sana, dia mengetahui bahwa Annie Schmidt, seorang ahli biologi di Point Blue Conservation Science, sedang mencari cara yang lebih baik untuk menggambarkan koloni penguin besar di Antartika. Schwager, yang merupakan asisten profesor aeronautika dan astronautika, melihat peluang untuk berkolaborasi, mengingat karyanya dalam mengendalikan kawanan robot terbang otonom.

Buka situs web untuk melihat video.

Begitulah, tiga setengah tahun kemudian, mahasiswa pascasarjana Schwager, Kunal Shah, menemukan dirinya di Stasiun McMurdo yang terkenal, siap untuk uji terbang Antartika pertama dari sistem pencitraan multi-drone baru mereka, yang mengoordinasikan penerbangan beberapa drone otonom kelas atas – tetapi juga dapat bekerja dengan drone hobi.

Proyek ini tidak memiliki awal yang baik. “Tangan saya kedinginan. Baterai drone terlalu dingin untuk bekerja. Remote control drone terlalu dingin. Ponsel saya terlalu dingin dan berkedip peringatan, ”kenang Shah. “Saya hanya berpikir, ‘Saya di sini selama dua setengah bulan dan ini adalah hari pertama.'”

Tidak terpengaruh, Shah dan rekan-rekannya dengan cepat beradaptasi dan sistem mereka, yang merupakan subjek makalah yang diterbitkan 28 Oktober di Science Robotics , berulang kali menghasilkan survei visual terperinci dari sekitar 300.000 pasang penguin Adélie yang bersarang di atas area seluas 2 kilometer persegi di Cape Crozier – kira-kira setara dengan ukurannya negara Monako – dan koloni kecil lainnya yang terdiri dari sekitar 3.000 pasang bersarang di Cape Royds. Jika survei drone yang dipiloti manusia sebelumnya di koloni Cape Crozier memakan waktu dua hari, setiap putaran survei baru, diselesaikan bekerja sama dengan National Science Foundation (NSF) dan Program Antartika AS (USAP), diselesaikan dalam waktu sekitar dua hari. -half jam, berkat algoritma perencanaan rute yang mengoordinasikan dua hingga empat drone otonom dan memprioritaskan cakupan koloni yang efisien.

“Hanya memindahkan semua peralatan itu ke tempat yang jauh dan mampu mempersiapkannya, menempatkannya dan menyebarkannya hanya dengan tenda dan gubuk penghangat kecil yang Anda inginkan, itu benar-benar fenomenal,” kata Schwager, yang merupakan penulis senior makalah tersebut tetapi, dengan kekecewaannya, tidak bisa bergabung dengan tim lapangan. “Ini benar-benar menunjukkan betapa praktisnya sistem robotik otonom di lingkungan terpencil.”

Kecepatan itu penting

Survei udara koloni penguin telah dilakukan sebelumnya, biasanya dengan helikopter atau satu drone. Metode helikopter menghasilkan kualitas gambar yang bagus tetapi mahal, hemat bahan bakar, dan berisiko mengganggu burung. Survei drone tunggal memakan waktu dan – karena drone harus diluncurkan dari jarak yang aman, sekitar lima kilometer (tiga mil) dari koloni – sulit dinavigasi. Kekurangan lain dari drone adalah mereka harus terbang ke, berulang-ulang dari koloni hanya dengan masa pakai baterai 12-15 menit. Ancaman terus-menerus dari perubahan mendadak dalam kondisi penerbangan semakin menambah pentingnya survei cepat.

Penggunaan beberapa drone menghindari tantangan ini, dan hal itu dimungkinkan oleh algoritme perencanaan rute unik yang dikembangkan oleh para peneliti Stanford. Dengan adanya ruang survei, algoritme membagi ruang, menetapkan titik tujuan ke setiap drone, dan menemukan cara untuk memindahkan drone melalui titik-titik tersebut dengan cara yang paling efisien, membatasi perjalanan mundur dan perjalanan yang berlebihan. Satu persyaratan tambahan yang penting adalah setiap drone keluar dari ruang angkasa di tempat yang sama saat masuk, yang menghemat waktu penerbangan yang berharga. Algoritme juga mempertahankan jarak yang aman, konstan, dari tanah meskipun ada perubahan ketinggian, dan memiliki persentase gambar yang tumpang tindih untuk memastikan survei lengkap. Tidak seperti aksi bolak-balik robot vakum, Schwager mendeskripsikan jalur algoritme sebagai “organik dan spidery”.

“Prosesnya cepat. Apa yang tadinya hanya coretan algoritme di layar sehari sebelumnya berubah menjadi gambar besar dari semua penguin di koloni, ”kata Shah, yang merupakan penulis utama makalah tersebut. “Kami dapat melihat orang-orang berjalan di sekitar koloni dan semua burung yang bersarang dan datang ke dan dari laut. Itu luar biasa.”

Mata di langit

Para peneliti membayangkan kegunaan lain untuk sistem multi-drone mereka, seperti pemantauan lalu lintas dan pelacakan kebakaran hutan. Mereka telah melakukan pengujian di beberapa pengaturan yang bervariasi. Mereka telah terbang di atas peternakan besar di Marin, California, untuk menilai vegetasi yang tersedia untuk penggembalaan ternak.

Mereka juga membawa drone mereka ke Danau Mono dekat perbatasan California-Nevada untuk mensurvei populasi camar California yang tinggal di dekat Pulau Paoha di tengah danau. Seperti Antartika, uji Danau Mono memiliki tantangannya sendiri – burung-burungnya lebih kecil, para peneliti harus berlayar ke lokasi sebelum melepaskan drone dan ada risiko kehilangan drone di air (yang untungnya, tidak terjadi) .

Drone hovers over the water with a mountain range in the background and the back of a motorboat in the foreground

Para peneliti menguji sistem multi-drone mereka dengan mensurvei burung camar California di Danau Mono. (Gambar kredit: Kunal Shah)

Sementara itu, ahli biologi penguin tetap fokus pada pengukuran ukuran populasi, tingkat kelahiran dan kepadatan sarang dan akan melakukan pengamatan penguin putaran kedua tahun ini. Namun, karena pandemi, kali ini tim Point Blue Conservation Science akan mandiri.

Berpikir tentang gambaran besarnya – dalam arti kiasan – para peneliti berharap sistem mereka berfungsi sebagai bukti potensi positif dari robot dan sistem otonom.

“Manusia tidak pernah bisa melompat ke langit dan menghitung 300.000 penguin atau melacak kebakaran hutan,” kata Schwager. “Saya pikir tim robot otonom benar-benar dapat menjadi kuat dalam membantu kita mengelola dunia kita yang berubah, lingkungan kita yang berubah, pada skala yang tidak pernah kita bisa sebelumnya.”

Para peneliti dari Point Blue Conservation Science juga merupakan rekan penulis makalah ini. Pekerjaan ini didanai oleh National Science Foundation.

Untuk membaca semua cerita tentang sains Stanford, berlanggananlah ke Stanford Science dua mingguan Intisari.

Read More

RELATED ARTICLES

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Most Popular

Recent Comments