TU Delft onthult 'zwermalgoritme' voor autonome drones

De beperkte draagkracht van individuele drones maakt het momenteel lastig om ze in te zetten voor taken die veel gewicht vereisen, zoals de levering van zware bouwmaterialen, het transporteren van grote agrarische oogsten in ruw terrein, of het assisteren bij complexe reddingsacties. De interactie met ruig weer en onverwachte omgevingsfactoren belemmert de veilige en effectieve werking van bestaande drones in dergelijke omgevingen.

Het onderzoeksteam aan de TU Delft heeft dit probleem aangepakt door een systeem te ontwerpen waarbij diverse drones middels kabels aan een gezamenlijke lading zijn verbonden. Door deze fysieke koppeling kan het gecombineerde systeem veel zwaardere gewichten tillen en verplaatsen dan de som van de individuele capaciteiten. Bovendien kunnen de drones door hun posities constant aan te passen, niet alleen de last dragen, maar ook de oriëntatie ervan uiterst nauwkeurig controleren. Dit laatste is essentieel voor precisiewerk, bijvoorbeeld bij het neerzetten van objecten in een complexe bouwomgeving.

De ware innovatie ligt in het besturingsalgoritme. De fysieke verbinding van de drones aan elkaar vereist dat zij razendsnel op elkaars bewegingen reageren, maar ook op externe verstoringen, zoals windstoten of plotselinge verschuivingen van de lading. Gangbare besturingsalgoritmes blijken hiervoor te traag en te rigide.

Inzet

Het nieuwe, door de Delftse wetenschappers ontworpen algoritme, is daarentegen snel, flexibel en robuust. Het heeft de capaciteit om zich direct aan te passen wanneer het gewicht of de samenstelling van de lading verandert, en kan externe krachten compenseren zonder dat er speciale sensoren op de lading zelf nodig zijn. Dit functionele voordeel vereenvoudigt de operationele inzet aanzienlijk.

Om de effectiviteit van het systeem te demonstreren, bouwde het team eigen drones en voerde uitgebreide testen uit in het laboratorium. Hierbij werden tot vier drones tegelijk ingezet. De onderzoekers introduceerden doelbewust uitdagingen, zoals het plaatsen van obstakels en het simuleren van wind door middel van een ventilator. Ook werd een bewegende lading, in de vorm van een basketbal, gebruikt om de reactiesnelheid en flexibiliteit van het systeem te beproeven. Alle testen toonden aan dat het algoritme naar behoren functioneerde.

Autonoom

Aangezien de drones volledig autonoom opereren, hoeft een gebruiker slechts de gewenste bestemming in te voeren. De drones navigeren vervolgens zelfstandig, ontwijken obstakels en reageren adequaat op alle verstoringen. Zij verzorgen de gehele operatie nadat de bestemming is vastgesteld.

Hoewel het systeem momenteel nog afhankelijk is van gespecialiseerde camera’s voor de binnenhuisproeven, en zodoende nog niet direct buiten kan worden ingezet, is de potentie voor toekomstige toepassingen zeer groot. Het team heeft de ambitie om de technologie in de nabije toekomst te adapteren voor de echte wereld. Mogelijke toepassingsgebieden omvatten cruciale reddingsoperaties, geavanceerde landbouwtechnieken en gespecialiseerde bouwprojecten op locaties die moeilijk te bereiken zijn met conventionele middelen.