机器人放牧一群鸟使用无人机

研究人员制定了一种新的算法,使单个机器人无人驾驶飞行器能够将一群鸟类从指定的空域中赶走。这种新颖的方法允许单个自主四旋翼无人机将一整群鸟类赶走而不会破坏它们的形成。

KAIST的David Hyunchul Shim教授与加州理工学院的Soon-Jo Chung教授和伦敦帝国理工学院的Aditya Paranjape教授合作,研究了使用机器人UVA将一群鸟类从机场等指定区域转移出去的问题。引入了一种称为m-waypoint算法的新型边界控制策略,使单个追踪无人机能够安全地群集羊群而不会使其碎裂。

该团队根据植绒模型的宏观特性和鸡群的反应开发了羊群算法。他们在韩国大田KAIST校园附近的指定空域成功地引导了一大群鸟类,测试了他们的机器人自主无人机。该研究发表在IEEE Transactions on Robotics上。

“监测鸟类对威胁的反应以及通过羊群共同对抗威胁物体的行为是非常有趣的,甚至是令人敬畏的。我们仔细观察了鸡群动态和鸡群与追捕者之间的相互作用。这使我们能够创造一个新的放牧算法,用于进入无人机的理想飞行路径,使群体远离受保护的空域,“Shim教授说,他是KAIST无人系统研究小组的负责人。

鸟击可能会威胁到飞机及其乘客的安全。韩国民用飞机在2011年至2016年期间遭受了1000多次鸟击。在美国,在1990年至2013年期间,有142,000次鸟击摧毁了62架民用飞机,造成279人受伤,并造成25人死亡。在2016年的英国,有1,835次确认的鸟击,每10,000个航班大约八个。鸟类和其他野生动物与飞机相撞每年造成全球航空业损失超过12亿美元。在最糟糕的情况下,加拿大鹅在2009年1月击落了美国航空公司的两架发动机。这架飞机必须在哈德逊河上紧急降落。

机场和研究人员通过各种方法继续降低鸟类袭击的风险。他们使用诸如猎鹰之类的捕食者或小型大炮或枪支的大声噪声吓跑鸟类。一些机场试图通过消除周围地区的鸟类食用和藏匿的作物来防止鸟类进入。

然而,鸟类很聪明。“我对鸟类与飞行物体相互作用的能力感到惊讶。我们认为只有猛禽才会对猎物产生强烈的操纵感。但我们对数百只候鸟(如白鹭和懒人)的观察使我们达到了假设它们都与飞行物体具有相似的机动水平。与鸟类学家合作进一步研究鸟类对空中物体的行为将是非常有趣的,“Shim教授说。“机场正试图转变为智能机场。这种算法将有助于提高航空业的安全性。此外,这也将有助于控制每年在全国范围内困扰农场的禽流感,”他强调说。

在这项研究中,部署了两架无人机。一只无人机在群体周围进行各种类型的演习,作为放牧无人机的追击者,而一架监视无人机在高空徘徊,用相机指向下方记录追踪无人机和鸟类的轨迹。

在白鹭实验期间,鸟类经常前往附近的狩猎区,并发现大量白鹭在日落时返回巢穴。在此期间,该团队试图以相对于羊群的各个方向飞行放牧无人机。

无人机从侧面接近羊群。当鸟儿注意到无人机时,他们从原来的路径转移到了45英尺处飞行?他们右边的角度。当鸟儿注意到无人机仍处于远处时,他们会水平调整路径并在垂直方向上做出较小的改变。在第二轮关于潜骑的实验中,无人机几乎平行于一群鸟的飞行路径,从位于名义飞行路径附近的初始位置开始。这些鸟的标称飞行速度远远高于无人机,因此相互作用发生在相对较短的时间内。

Shim教授说:“我认为我们刚刚完成了研究的第一步。下一步,将开发和集成更多系统,用于无人机的鸟类探测,测距和自动部署。”“加州理工学院的Chung教授是KAIST毕业生。他的第一个学生是Paranjape教授,他现在在Imperial教授。很有意思的是,这项研究是由KAIST的一名教师,一名校友和他在三大洲的学生制作的,”他说。